СХЕМНАЯ СБОРКА ДЛЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ПОДАЧИ ПИТАНИЯ НА РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ НАГРУЗКИ
CIRCUIT ASSEMBLY FOR SELECTIVE POWER SUPPLY TO DISTRIBUTED LOADS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к схемной сборке для избирательной подачи питания на распределенные нагрузки, светодиодной (СИД) лампе и способу избирательной подачи питания на распределенные нагрузки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Учитывая возрастающее значение систем освещения на основе СИД (светоизлучающих диодов), СИД уже играют значительную роль в области декоративного освещения. Низкое энергопотребление и длительный срок службы СИД делают их весьма привлекательными для различных приложений. Кроме того, в технике известны также СИД, имеющие различные цвета. Известно также, например, что при объединении красных, зеленых и синих СИД создается впечатление практически неограниченного разнообразия цветов.
Особенно при управлении многочисленными СИД для создания определенных распределенных эффектов, такими как СИД на световой гирлянде или на освещающей поверхности, следует принимать во внимание стоимость управляющей электроники. Хотя в настоящее время доступны относительно недорогие СИД, существует потребность в управлении светодиодным устройством посредством простых и дешевых элементов управления.
Для декоративных и/или пользовательских интерактивных СИД и других видов нагрузок часто желательно обнаружить место, где желателен определенный эффект. Например, предполагается, что пользователь может указать один или несколько СИД, которые необходимо активировать в цепочке СИД, и это указание должен обнаружить какой-либо датчик. После упомянутого обнаружения драйвер или тому подобное должен подавать электроэнергию в это конкретное местоположение. Во избежание несоответствия между желательным и осуществленным эффектом, для многих приложений требования к разрешению и точности, накладываемые на обнаружение, являются весьма высокими.
Для оптических эффектов, подобно тем, которые создаются с помощью СИД, управление может быть основано на камерах и специализированном алгоритме обработки изображения. В этом случае можно ожидать хорошего выравнивания. Для других, неоптических эффектов, определение фактического положения проявления эффекта является довольно сложным, поэтому вряд ли будет существовать какая-либо возможность подачи сигнала обратной связи в контроллер. Помимо этих проблем управления драйвер должен иметь высокое разрешение для того, чтобы воспроизводить наиболее желательные эффекты в конкретном местоположении.
Однако устройства обнаружения и управления, известные в технике, являются достаточно сложными, особенно когда необходимо управлять большой площадью и/или многочисленными устройствами. Это, в свою очередь, приводит к относительно высокой стоимости.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить экономически эффективное и точное средство для пользовательской интерактивной подачи питания на нагрузки.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данная задача решена с помощью схемной сборки по п. 1, СИД-лампы по п. 14 и способа по п. 15.
Основная идея настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить подачу рабочего питания на многочисленные нагрузки при распределенном размещении в зависимости от физической близости объекта обнаружения к блоку датчика близости, содержащему изменяемое реактивное сопротивление. При наличии упомянутого объекта обнаружения, происходит изменение упомянутого реактивного сопротивления, которое приводит к изменению рабочего напряжения на нагрузке. Это рабочее напряжение может уменьшаться или, предпочтительно, увеличиваться в результате присутствия упомянутого объекта обнаружения, обеспечивая тем самым подачу питания на нагрузку.
Настоящее изобретение, соответственно, обеспечивает схемную сборку для избирательной подачи питания на распределенные нагрузки. В этом контексте термин "распределенный" означает то, что нагрузки расположены в различных местах. Они могут находиться рядом друг с другом или могут быть разнесены. В частности, они могут размещаться одномерным образом, подобно цепочке, или двухмерным образом. Термин "нагрузка" в данном случае и в дальнейшем относится к любому устройству, которое потребляет электроэнергию, когда к ней прикладывается напряжение. Электроэнергию можно преобразовать в свет, механическую энергию, тепло и т.д. Предпочтительно, блок нагрузки является нелинейным, то есть потребление электроэнергии нагрузки проявляет нелинейную связь с приложенным рабочим напряжением.
Схемная сборка согласно изобретению содержит множество сегментов нагрузки. Каждый сегмент нагрузки электрически соединен, по меньшей мере, с одним выводом питания для приема изменяемого напряжения, то есть вывод питания должен быть рассчитан на подачу такого напряжения. Например, вывод питания может быть постоянно соединенным (например, с помощью пайки) с источником напряжения, или он может образовывать часть разъемной системы, где переменное напряжение подается извне. В этом случае переменное напряжение относится к переменному напряжению в самом широком смысле, то есть к любому напряжению, которое изменяется во времени, подобно синусоидальной волне, прямоугольной волне, треугольной волне, импульсному напряжению и т.д. Предпочтительно, переменное напряжение является импульсным напряжением, как будет обсуждено ниже.
Каждый сегмент нагрузки содержит, по меньшей мере, блок нагрузки и блок датчика близости. В этом контексте блок нагрузки может представлять собой любой вид устройства или часть устройства, которое представляет собой нагрузку в вышеупомянутом смысле. Вполне возможно, что схемная сборка содержит нагрузки, которые не связаны с блоком датчика близости, однако при этом они рассматриваются как часть сегмента нагрузки в вышеупомянутом смысле.
Блок датчика близости взаимодействует с упомянутым блоком нагрузки, по меньшей мере, во время работы и содержит, по меньшей мере, реактивное устройство. Реактивное устройство имеет реактивное сопротивление, которое зависит от близости объекта обнаружения. Реактивное сопротивление любого (емкостного или индуктивного устройства) совпадает с электрическим или магнитным полем, которое вырабатывается устройством. Это поле может изменяться в результате введения объектов в поле. Например, введение ферромагнитного объекта в магнитное поле индуктора приведет к изменению упомянутого поля и, таким образом, к изменению индуктивности индуктора и, следовательно, к изменению его реактивного сопротивления. Подобный эффект возникает при введении диэлектрического объекта в поле конденсатора. Согласно изобретению этот эффект используется для обнаружения того, находится ли или нет объект вблизи реактивного устройства. В пределах объема настоящего изобретения реактивное сопротивление может быть связано с емкостью и/или индуктивностью, например, реактивное устройство может содержать, по меньшей мере, один конденсатор и/или индуктор, имеющий переменное реактивное сопротивление.
Как будет объяснено ниже, предпочтительно, чтобы блок датчика близости и блок нагрузки, к которому он подсоединен, располагались относительно близко друг к другу. В этом случае каждый сегмент нагрузки образует "сегмент" в пространственном смысле. Однако можно также предположить, что между блоком датчика и блоком нагрузки одного сегмента нагрузки отсутствует строгая пространственная взаимосвязь.
Следует отметить, что в пределах объема настоящего изобретения находится то, что, по меньшей мере, один сегмент нагрузки может содержать более одного блока нагрузки и/или более одного блока датчика. Кроме этого, блок датчика близости может содержать более одного реактивного устройства. В пределах объема настоящего изобретения находится также то, что, по меньшей мере, некоторые реактивные устройства или различные сегменты нагрузки не являются отдельными компонентами, но образуют единое целое.
Во время работы схемной сборки согласно изобретению, рабочее напряжение подается, по меньшей мере, на один блок нагрузки в зависимости от реактивного сопротивления, по меньшей мере, одного реактивного устройства одного из сегментов нагрузки таким образом, чтобы упомянутое рабочее напряжение зависело от близости упомянутого объекта обнаружения. Это означает, что схемная сборка располагается таким образом, что реактивное сопротивление, по меньшей мере, одного реактивного устройства влияет на рабочее напряжение, подаваемое, по меньшей мере, на один блок нагрузки. Предпочтительно, рабочее напряжение изменяется даже в том случае, если напряжение, приложенное к выводу питания, не изменяется. Поскольку вышеупомянутые напряжения могут зависеть от времени, данное изменение может относиться к развитию во времени, например, к частоте, длительности импульса, задержке импульса и т.д.
Таким образом, реактивное устройство позволяет управлять рабочим напряжением так, что преимущественно отсутствует необходимость в дополнительной управляющей электронике, например, для обработки сигнала напряжения и управления рабочим напряжением. Упомянутое управление выполняется самими сегментами нагрузки посредством простых и дешевых компонентов, как будет объяснено ниже. Стоимость схемной сборки согласно изобретению пропорциональна, соответственно, количеству сегментов нагрузки. Однако независимо от того, содержат ли они только несколько или сотни элементов нагрузки, упомянутое управление всегда выполняется без необходимости в дополнительных системах. Таким образом, схемная сборка согласно изобретению предусматривает очень простой и экономически эффективный способ управления нагрузками. В одном варианте осуществления реактивное устройство сегмента нагрузки управляет величиной мощности, подаваемой в блок нагрузки в этом сегменте. В другом варианте осуществления реактивное устройство сегмента нагрузки влияет на сигнал напряжения таким образом, что изменяется мощность, подаваемая на блок нагрузки в различном сегменте.
Во время работы рядом с реактивным устройством можно разместить подходящий объект, например, рядом с индуктором можно разместить ферромагнитный объект. Магнитное поле в объекте будет изменяться, то есть индуктивность индуктора и, следовательно, его реактивное сопротивление будет увеличиваться. Как будет объяснено далее по отношению к предпочтительным вариантам осуществления, схемная сборка сконструирована таким образом, чтобы это изменение реактивного сопротивления приводило к изменению рабочего напряжения, прикладываемого к, по меньшей мере, одному блоку нагрузки. В частности, изменение напряжения можно увеличить, что приведет к активации блока нагрузки.
В пределах объема настоящего изобретения напряжение, прикладываемое к одному блоку нагрузки, может зависеть от реактивного сопротивления нескольких реактивных устройств. С другой стороны, реактивное сопротивление одного реактивного устройства может влиять на напряжение, прикладываемое к нескольким блокам нагрузки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения рабочее напряжение подается во время работы блока нагрузки одного из упомянутых сегментов нагрузки в зависимости от реактивного сопротивления реактивного устройства упомянутого сегмента нагрузки. В этом случае, управление локализовано в пределах каждого сегмента нагрузки, то есть близость упомянутого объекта обнаружения к упомянутому одному сегменту нагрузки вызывает уменьшение или, предпочтительно, увеличение рабочего напряжения, которое подается, по меньшей мере, на блок нагрузки одного и того же сегмента нагрузки. Следовательно, каждый сегмент нагрузки может иметь свою собственную, локальную систему управления, которая может быть очень простой и которая устраняет необходимость в сложных элементах, таких как процессоры или т.п. Однако можно предположить, что в данном случае, рабочее напряжение зависит в некоторой степени от реактивного сопротивления других реактивных устройств.
Предпочтительно, чтобы блок датчика и блок нагрузки одного сегмента нагрузки были расположены близко или рядом друг к другу. В этом случае действие (например, активация) может проявиться вслед за причиной, то есть после размещения объекта. Другими словами, "адресация" конкретной нагрузки осуществляется в результате взаимодействия с объектом при его размещении в непосредственной близости от схемной сборки.
В частности, схемная сборка по изобретению особенно полезна в случае, если, по меньшей мере, один из упомянутых блоков нагрузки представляет собой твердотельный блок для выработки света и, более предпочтительно, блок СИД. Блок СИД может содержать одно или более светоизлучающих устройств, которые могут представлять собой, например, неорганический СИД, органический СИД (ОСИД), твердотельный лазер или т.п. Однако, дополнительно, каждый элемент нагрузки может содержать громкоговоритель, вибрационное устройство (двигатель), нагревательный элемент, катушку для передачи энергии и т.д. В пределах объема настоящего изобретения можно также объединить различные блоки нагрузки, за счет использования СИД для блоков нагрузки и вибрационных устройств для остальных. Кроме того, блок нагрузки может представлять собой блок СИД и содержать, например, комбинацию из СИД и вибрационного устройства. Если несколько устройств объединены в один блок нагрузки, их можно соединить последовательно и/или параллельно. Могут присутствовать и дополнительные элементы, например, элементы для подачи напряжения или тока в один из блоков нагрузки в сегменте нагрузки на основании тока, потребляемого другим сегментом. Это позволяет обеспечить определенные характеристики, например, нелинейность одного сегмента нагрузки, который необходимо "скопировать" в другие сегменты нагрузки, или нелинейность одной нагрузки, которую необходимо скопировать в другую нагрузку в пределах одного и того же сегмента нагрузки. Соответствующий вариант осуществления, который может включать в себя устройство типа "токовое зеркало" будет объяснен более подробно ниже.
Кроме того, блоки нагрузки необязательно образуют отдельные части. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, некоторые блоки СИД образуют часть, представляющую собой одно целое с ОСИД. Можно выполнить ОСИД, имеющие продолжающуюся планарную структуру. В этом случае, определенные зоны светоизлучающей плоскости можно активировать избирательно за счет локального прикладывания напряжения. Можно использовать один или несколько из этих ОСИД, и реактивные устройства могут образовывать сетку или тому подобное ниже или выше светоизлучающей плоскости.
В предпочтительном варианте осуществления множество сегментов нагрузки размещается в пространственном отношении друг к другу рядом с зоной обнаружения. В этой зоне обнаружения, объект обнаружения может вызвать изменение реактивного сопротивления реактивного устройства. В этом варианте осуществления, сегменты нагрузки могут располагаться отдельно друг от друга и рядом друг с другом, или они могут даже образовывать единый компонент. Последний, в частности, может применяться в блоках нагрузки сегментов нагрузки. Зона обнаружения может иметь различную форму. Она может быть плоской, выпуклой или вогнутой. Если сегменты нагрузки, по существу, выровнены одномерным образом, зона обнаружения может быть узкой и удлиненной или даже трубчатой, окружая, таким образом, сегменты нагрузки.
В частности, блоки нагрузки сегментов нагрузки можно разместить рядом с зоной обнаружения. Зона обнаружения предпочтительно соответствует поверхности устройства, в котором схемная сборка выполнена как единое целое. В этом случае, расстояние объекта от поверхности соответствует расстоянию от соответствующего сегмента нагрузки (или, в частности, блока датчика). Сегменты нагрузки можно также разместить одномерным образом вдоль оси обнаружения, которая может быть прямой или изогнутой. В двухмерном размещении, блоки датчиков и/или блоки нагрузок могут размещаться параллельно плоскости обнаружения, например, вдоль первой и второй перпендикулярной оси, то есть соответствующие блоки могут образовывать двухмерную, "декартовую" сетку.
В предпочтительном варианте осуществления схемной сборки, множество сегментов нагрузки содержит, по меньшей мере, первый и второй входные выводы сегмента и первый и второй выходные выводы сегмента, причем входные выводы первого сегмента нагрузки соединены, по меньшей мере, с одним выводом питания. Дополнительные сегменты нагрузки размещаются таким образом, чтобы входные выводы своего сегмента были соединены с выходными выводами сегмента соседнего сегмента нагрузки, то есть, чтобы сегменты нагрузки были соединены последовательно. Таким образом, первый путь прохождения для изменяемого напряжения образован с помощью упомянутых первых входных и выходных выводов сегмента из упомянутого множества сегментов нагрузки. Второй путь прохождения для упомянутого изменяемого напряжения образован с помощью вторых входных и выходных выводов из упомянутого множества сегментов нагрузки. Таким образом, первые входные/выходные выводы сегментов и вторые входные/выходные выводы представляют собой точки соединения двух линейных или двухмерных структур, и изменяемое напряжение, прикладываемое к выводу питания, может проходить от одного сегмента до следующего. Конечно, первые входные/выходные выводы сегментов должны быть электрически соединены друг с другом непосредственно или косвенно, то есть с использованием промежуточных компонентов. То же самое применимо к соединению упомянутых вторых входных/выходных выводов сегментов. Скорость распространения изменяемого сигнала напряжения и его форму можно изменять в зависимости от реактивного сопротивления каждого сегмента нагрузки. Это будет дополнительно объяснено ниже.
В варианте осуществления, описанном выше, блок нагрузки предпочтительно соединен между упомянутым первым и упомянутым вторым путями прохождения. Предпочтительно, блок нагрузки можно соединить между первым входным выводом сегмента и вторым входным выводом данного сегмента нагрузки или между первым выходным выводом сегмента и вторым выходным выводом сегмента, то есть между соответствующими точками двух путей прохождения. Однако, его можно также подключить между первым входным выводом сегмента и вторым выходным выводом сегмента или даже между выводами, принадлежащими другим сегментам нагрузки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения реактивное устройство содержит, по меньшей мере, первый реактивный элемент. Этот реактивный элемент может представлять собой индуктор или конденсатор. В данном случае, первый реактивный элемент размещается таким образом, чтобы прохождение изменяемого напряжения от одного сегмента нагрузки до соседнего сегмента нагрузки выполнялось с задержкой, и при этом задержка зависела бы от реактивного сопротивления первого реактивного элемента. В данном варианте осуществления скорость изменяемого напряжения вдоль одного пути прохождения может замедляться в зависимости от реактивного сопротивления реактивного элемента. Это особенно выгодно, если реактивное устройство содержит индуктор и конденсатор.
В одном варианте осуществления реактивное устройство дополнительно содержит второй реактивный элемент, причем первый и второй реактивный элементы расположены таким образом, чтобы близость объекта обнаружения имела влияние на реактивное сопротивление первого реактивного элемента больше, чем на реактивное сопротивление второго реактивного элемента. Предпочтительно, первый реактивный элемент и второй реактивный элемент размещаются таким образом, чтобы расстояние между первым реактивным элементом и зоной обнаружения была меньше, чем расстояние между вторым реактивным элементом и упомянутой зоной обнаружения. Таким образом, объект, размещенный в или рядом с зоной обнаружения, будет обычно иметь больше влияния на реактивное сопротивление первого реактивного элемента. В частности, можно пренебречь влиянием на второй реактивный элемент. Поэтому, если два реактивных элемента соответствуют различным путям прохождения, на задержку в одном первом пути прохождения будет в большей степени влиять близость объекта обнаружения, чем задержка в другом пути прохождения. Следовательно, если прикладываемое напряжение выбрано правильно, разности напряжений между заданными точками двух путей будет зависеть от близости объекта обнаружения.
В особенно предпочтительном варианте осуществления первый реактивный элемент представляет собой первый индуктор, который размещается между первым входным выводом сегмента и первым выходным выводом сегмента. Таким образом, первый индуктор соединен "последовательно" по отношению к первому пути прохождения. В данном варианте осуществления реактивное сопротивление первого индуктора зависит от близости объекта обнаружения. Если блок нагрузки соединен между первым и вторым входным/выходным выводами, и между этими выводами возникает разность напряжений, то эта разность прикладывается к блоку нагрузки. Наличие и уровень этой разности напряжения будет зависеть от скорости распространения сигналов напряжения в соответствующих путях прохождения. Эта скорость, в свою очередь, зависит от задержки, вызванной реактивным сопротивлением первого индуктора.
Альтернативно или дополнительно, первый реактивный элемент может представлять собой первый конденсатор, который соединен между упомянутым первым путем прохождения и выводом для опорного потенциала. Таким образом, первый конденсатор соединен "параллельно" по отношению к первому пути прохождения. В рабочем состоянии вывод для опорного потенциала соединен с этим опорным потенциалом, который предпочтительно является земляным потенциалом. Первый конденсатор можно соединить с первым входным выводом сегмента или первым выходным выводом сегмента и выводом для опорного потенциала. В любом случае, в данном варианте осуществления реактивное сопротивление первого конденсатора зависит от близости объекта обнаружения.
Предпочтительно схемная сборка дополнительно содержит второй индуктор, который размещается между вторым входным выводом сегмента и вторым выходным выводом сегмента.
Альтернативно или дополнительно, схемная сборка может содержать второй конденсатор, который соединен между вторым путем прохождения и выводом для опорного потенциала. Этот вывод для опорного потенциала может быть идентичен или отличаться от вышеупомянутого вывода для опорного потенциала. Обычно оба терминала будут идентичными и подсоединены к земляному потенциалу.
Согласно одному варианту осуществления тип и/или размещение второго индуктора идентично типу и/или размещению первого индуктора, или тип и/или размещение второго конденсатора идентично типу и/или размещению первого конденсатора, соответственно. В общем, первый и второй индукторы (или конденсаторы, соответственно) могут располагаться таким образом, чтобы они имели одно и то же действие на распространение сигнала изменяемого напряжения. Таким образом, два пути прохождения могут иметь идентичные свойства проводимости до тех пор, пока не будет присутствовать объект обнаружения.
Работа схемной сборки обычно требует некоторого вида напряжения питания. Предпочтительно, схемная сборка содержит блок драйвера, который соединен, по меньшей мере, с одним выводом питания для подачи, по меньшей мере, одного сигнала импульсного напряжения на сегменты нагрузки. Форма импульсов может быть, например, прямоугольной, треугольной, в форме полуволны, гауссовой или другой подходящей формы. Расстояние (временное или пространственное) импульсов можно преимущественно выбрать таким образом, чтобы в случае возникновения отражений в схемном устройстве, отсутствовала бы возможность значительного взаимодействия между последовательными импульсами. В пределах объема настоящего изобретения находится то, что различные импульсные сигналы прикладываются в случае, если присутствует несколько входных выводов.
В частности, можно предположить, что два сигнала напряжения прикладываются с противоположных сторон путей прохождения, то есть один сигнал может начинаться в первом пути прохождения в первом сегменте нагрузки, и второй сигнал может начинаться во втором пути прохождения в "последнем" сегменте нагрузки. Этот принцип описан, например, в патенте WO 2010/064184. Наложение импульсов может происходить в определенных сегментах нагрузки и вызывать активацию блока нагрузки. Если скорость одного сигнала изменяется за счет близости объекта обнаружения, то положение "конструктивного" наложения будет смещаться к различному сегменту нагрузки.
Предпочтительно, чтобы драйвер был выполнен с возможностью подачи импульсных сигналов напряжения с заданной временной зависимостью на первый и второй входные выводы упомянутого первого сегмента нагрузки. Изменение напряжения во времени на каждом входном выводе может быть одинаковым, но начальная точка изменения во времени может быть различной. То есть драйвер может применить некоторую "смещенную" задержку к одному из сигналов напряжения. Если такая задержка отсутствует, и сигналы подаются одновременно, то начальные условия для каждого из сигналов напряжения являются идентичными. Следовательно, если последующие сегменты нагрузки являются симметричными относительно элементов между первыми входными и выходными выводами сегментов с одной стороны и элементами между вторыми входными и выходными выводами с другой стороны, сигналы будут распространяться с одинаковой скоростью и будут иметь одинаковую форму. Только в том случае, если реактивное сопротивление реактивного устройства изменяется, может произойти задержка и/или искажение одного сигнала. Однако может быть обязательным применение некоторой задержки со смещением на первом или втором входном выводе для того, чтобы компенсировать некоторый вид нежелательных эффектов, связанных с задержкой, возникающих в схемном устройстве.
В этом случае можно использовать сигналы импульсного напряжения с амплитудой, которая, по меньшей мере, равна пороговому напряжению с элементами нагрузки. Пороговое напряжение представляет собой напряжение, которое является критичным для активации блока нагрузки. Ниже порогового напряжения не происходит какой-либо заметной активации нагрузки. Поэтому в вышеупомянутом случае напряжение не прикладывается к элементу нагрузки, если импульсы вдоль двух путей прохождения полностью перекрываются, но напряжение выше порогового напряжения можно прикладывать в том случае, если существует некоторая задержка у одного из импульсов.
Однако возможны другие многочисленные варианты осуществления. Например, импульсы положительной полярности в первом пути прохождения можно объединить с импульсами отрицательной полярности во втором пути прохождения. Если они подаются с задержкой со "смещением", то перекрытия, как правило, не происходит. Если импульсы перекрываются из-за задержки с помощью объекта обнаружения, разность между импульсами положительной и отрицательной полярности приводят к эффективному добавлению напряжений, которые могут активировать элемент нагрузки.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения реактивное устройство содержит, по меньшей мере, конденсатор, который размещается последовательно с блоком нагрузки. Конденсатор будет блокировать любой постоянный ток, тогда как его реактивное сопротивление позволит протекать некоторому количеству тока, в зависимости от частоты, если прикладывается переменное напряжение. Поскольку блок нагрузки соединен последовательно, ток, протекающий через него, будет таким же, как и ток, протекающий через конденсатор. В зависимости от приложенного напряжения, можно выбрать характеристики конденсатора таким образом, чтобы не возникала заметная активация блока нагрузки без какого-либо объекта, расположенного поблизости. Если объект обнаружения попадает в электрическое поле, создаваемое конденсатором, то это приведет к изменению поля, и, следовательно, к изменению реактивного сопротивления конденсатора. Это, в свою очередь, может привести к увеличению тока, протекающего через блок нагрузки, что приведет, в результате, к активации, например, к включению СИД. Обычно объект обнаружения будет увеличивать емкость конденсатора, поэтому его реактивное сопротивление будет уменьшаться тогда, когда объект обнаружения будет находиться поблизости, например, в зоне обнаружения. В этом контексте объект обнаружения может представлять собой руку или ногу пользователя, поскольку тело человека имеет значительную относительную диэлектрическую проницаемость, которая будет влиять на реактивное сопротивление конденсатора при размещении его в поле, создаваемом упомянутым конденсатором.
Предпочтительно, конденсатор выполнен таким образом, чтобы напряжение, прикладываемое к блоку нагрузки было ниже порогового напряжения, если объект обнаружения не находится в непосредственной близости от упомянутого сегмента нагрузки, и упомянутое напряжение, по меньшей мере, временно выше упомянутого порогового напряжения, если упомянутый объект обнаружения находится в непосредственной близости от упомянутого сегмента нагрузки в упомянутой плоскости обнаружения. Таким образом, блок нагрузки остается неактивным, если объект не находится поблизости от сегмента нагрузки, и станет активным, когда объект становится рядом. Если блок нагрузки представляет собой СИД, то пороговое напряжение представляет собой прямое напряжение.
Существует несколько возможных вариантов осуществления конденсатора. В предпочтительном варианте осуществления конденсатор содержит первый и второй электроды, которые расположены вблизи зоны обнаружения. Более предпочтительно первый и второй электроды имеют планарную форму и расположены параллельно двухмерной зоне обнаружения. В частности, сама зона обнаружения может быть планарной. Вполне возможно, что конденсаторы нескольких сегментов нагрузки имеют отдельные первые (вторые) электроды, при этом они совместно используют общий второй (первый) электрод.
Как упомянуто выше, изобретение особенно полезно для работы СИД. Поэтому настоящее изобретение также предусматривает СИД-лампу, которая содержит схемную сборку, которая описана выше. Поверхность лампы может соответствовать плоскости обнаружения, на которой размещается объект, включающий в себя руку пользователя, для того, чтобы изменить напряжение, прикладываемое к отдельным СИД, ОСИД или частям ОСИД.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает способ избирательной подачи питания на распределенные нагрузки с помощью схемной сборки, содержащей множество сегментов нагрузки, каждый из которых электрически соединен, по меньшей мере, с одним выводом питания для приема изменяемого напряжения, причем каждый сегмент нагрузки содержит, по меньшей мере, блок нагрузки и блок датчика близости, соединенный с блоком нагрузки и содержащий, по меньшей мере, реактивное устройство, имеющее реактивное сопротивление, при этом реактивное сопротивление зависит от близости объекта обнаружения. Согласно способу, рабочее напряжение подается на, по меньшей мере, один блок нагрузки в зависимости от реактивного сопротивления, по меньшей мере, одного реактивного устройства таким образом, чтобы упомянутое рабочее напряжение зависело от близости упомянутого рабочего напряжения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты, признаки и особенности настоящего изобретения будут понятны из и объяснены со ссылкой на описание предпочтительных вариантов осуществления совместно с прилагаемыми фигурами, на которых:
фиг. 1 - первый вариант осуществления схемной сборки согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 иллюстрирует прохождение сигналов импульсного напряжения в схемном устройстве (фиг. 1) при отсутствии объекта обнаружения;
фиг. 3 иллюстрирует прохождение сигналов импульсного напряжения в схемном устройстве (фиг. 1) в присутствии объекта обнаружения;
фиг. 4 - подробное изображение варианта схемной сборки, показанного на фиг. 1-3;
на фиг. 5 схематично показан перспективный вид другого варианта осуществления схемной сборки согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 6 показано несколько различных размещений СИД для схемной сборки, показанного на фиг. 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана схемная сборка 1 согласно настоящему изобретению. Схемная сборка 1 содержит семь сегментов 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 нагрузки, которые идентичны по установочным параметрам. Поэтому в дальнейшем будут подробно описаны только установочные параметры первого сегмента 10 нагрузки. Первый сегмент 10 нагрузки содержит первый входной вывод 12 сегмента, первый выходной вывод 13 сегмента, второй входной вывод 14 сегмента и второй выходной вывод 15 сегмента. В этом случае, выходные выводы 13, 15 идентичны входным выводам 22, 24 второго сегмента нагрузки.
Как можно увидеть на фиг. 1, компоновка схемной сборки 1, а также компоновка первого сегмента 10 нагрузки являются, в основном, симметричными. Первый индуктор L1 подсоединен между первым входным выводом 12 и первым выходным выводом 13 сегмента, тогда как, например, идентичный второй индуктор L1а подсоединен между вторым входным выводом 14 и вторым выходным выводом 15. Кроме того, первый конденсатор С1 подсоединен между первым выходным выводом 13 сегмента и выводом 91 для опорного потенциала. Соответственно, второй конденсатор С1а подсоединен между вторым выходным выводом 15 сегмента и выводом 91 для опорного потенциала. По меньшей мере, в рабочем состоянии вывод 91 для опорного потенциала подсоединен к земле. Вышеупомянутые индукторы L1, L1а и конденсаторы С1, С1а образуют блок 11 датчика близости. Схемная сборка 1 расположена таким образом, чтобы первый индуктор L1 находился ближе к зоне обнаружения, чем второй индуктор L1а. То же самое применимо к соответствующим индукторам L2-L7 и L2а-L7а в оставшихся сегментах 20-70 нагрузки. Если схемная сборка 1 встроена в устройство с поверхностью, то зона обнаружения может располагаться рядом над поверхностью.
Вдоль первых входных и выходных выводов сегментов последовательных сегментов 10-70 нагрузки образован первый путь прохождения для сигнала изменяемого напряжения, тогда как второй путь прохождения для сигнала изменяемого напряжения образован вдоль вторых и выходных выводов сегментов 10-70 нагрузки. В показанном варианте осуществления первый и второй пути прохождения дополнены двумя индукторами L8, L8a, которые расположены напротив первого сегмента 10 нагрузки.
Ссылаясь снова на первый сегмент 10 нагрузки, СИД D1 подсоединен между первым выходным выводом 13 сегмента и вторым выходным выводом 15 сегмента. Поэтому напряжение, прикладываемое к СИД D1 идентично разности между напряжениями, приложенными к первому и второму выходным выводам 13, 15 сегмента или, в общем случае, разности напряжений между первым и вторым путями прохождения.
Первый и второй входные выводы 12, 14 подсоединены к выводу 90 питания. В рабочем состоянии вывод 90 питания подсоединен к блоку драйвера (не показан), который выполнен с возможностью подачи сигнала изменяемого напряжения, который представляет собой согласно настоящему примеру сигнал импульсного напряжения.
На фиг. 2 показано распространение упомянутого сигнала импульсного напряжения через первый и второй пути прохождения, если отсутствует объект обнаружения. В этом случае, блок драйвера выдает на выводе 90 питания прямоугольный импульс 300 отрицательной полярности. Соответственно, этот импульс 300 подается на первый и второй входные выводы 12, 14 сегмента. Вследствие симметричной компоновки двух путей прохождения, распространение сигналов напряжения будет идентичным.
В верхней части фиг. 2, выше схемной сборки, показано изменение во времени импульсов 301-307 напряжения на соответствующих первых выходных выводах сегментов для определенных периодов времени приблизительно в моменты времени t1, t2, t3 и т.д., в которых импульсы напряжения проходят соответствующие первые выходные выводы сегментов. Соответственно, ниже схемной сборки 1 на фиг. 2 показано изменение во времени импульсов 301а-307а напряжения на соответствующих вторых выходных выводах сегментов для этих периодов времени. Поскольку, например, СИД D1 первого сегмента 10 нагрузки подсоединен между первым выходным выводом 13 сегмента и вторым выходным выводом 15 сегмента, разность импульсов 301, 301a напряжения, возникающая на этих выводах 13, 15, прикладывается к СИД D1. Однако поскольку реактивное сопротивление соответствующих индукторов L1, L1а и соответствующих конденсаторов C1, C1a идентичны, задержка сигнала напряжения на первом индукторе L1 и первом конденсаторе C1, с одной стороны, и на втором индукторе L1а и втором конденсаторе C1a, с другой стороны, является одинаковой. Поэтому разность между этими напряжениями, которые прикладываются к СИД D1, равна нулю. То же самое применимо и к разности напряжений в других сегментах 20-70 нагрузки. Эта разность напряжений показана в нижней части фиг. 2.
Однако эти изменения происходят в случае, если объект 100 с магнитным слоем 101 входят в зону обнаружения, как показано на фиг. 3. В этом случае, объект 100 в зоне обнаружения находится рядом с четвертым - седьмым сегментами 40, 50, 60, 70 нагрузки. Поэтому реактивное сопротивление первых индукторов L4, L5, L6, L7 этих сегментов нагрузки будет увеличиваться, что соответствует увеличению реактивного сопротивления. Поскольку вторые индукторы L4a, L5a, L6a, L7a этих сегментов нагрузки расположены на более значительном расстоянии от зоны обнаружения, на них практически не влияет наличие объекта 100 обнаружения. Поэтому эволюция во времени импульсов 304a, 305a, 306a, 307a напряжения на соответствующих вторых выходных выводах сегментов остается неизменной по отношению к фиг. 2. Однако импульсы 304, 305, 306, 307 напряжения на соответствующих первых выходных выводах сегментов демонстрируют увеличение задержки. Поэтому разность между напряжениями на первом и втором выходных выводах сегмента, которая снова показана в нижней части фиг. 3, равна нулю для первых трех сегментов 10, 20, 30 нагрузки, но для четвертого - пятого сегментов 40, 50, 60, 70 нагрузки, она имеет импульсы 304b, 305b, 306b, 307b отрицательной полярности, за которыми следуют импульсы 304c, 305c, 306c, 307c положительной полярности. Поскольку амплитуда импульса 300 выбрана выше прямого напряжения СИД, соответствующий СИД D4, D5, D6, D7 или, по меньшей мере, некоторые из них будут загораться временно. Напряжение, прикладываемое к нагрузке, имеет обе полярности. При использовании в данном случае одних СИД D1-D7, только одна полярность импульса будет использоваться для выработки света, тогда как СИД D1-D7 можно защитить от обратного напряжения смещения. Как будет объяснено позже совместно с емкостным вариантом осуществления, обе полярности напряжения нагрузки можно использовать для питания СИД за счет использования дополнительных компонентов или многочисленных подсоединений СИД. Эти способы можно также применить в данном случае.
Если СИД каждого сегмента нагрузки расположен рядом с соответствующим блоком датчика близости, то световой эффект будет проявляться на или вблизи местоположения, где размещен объект. Поэтому "адресация" СИД достигается за счет использования очень простых и дешевых компонентов. Понятно, что хотя вышеописанный вариант осуществления содержит семь сегментов нагрузки, он может включать в себя несколько десятков или даже сотен сегментов нагрузки.
Следует отметить, что импульсы напряжения, показанные в нижней части фиг. 3, не учитывают потребляемую мощность СИД, когда они горят. Для простоты иллюстрации этим влиянием можно пренебречь.
Теперь, со ссылкой на фиг. 4 подробно показан альтернативный вариант осуществления схемной сборки, показанной на фиг. 1-3. В данном варианте осуществления нелинейность СИД D1 (первая нагрузка) одного из сегмента нагрузки "связана" со второй нагрузкой R1 в том же самом сегменте нагрузки. Для ясности показана только часть от первого и второго индукторов L1, L1а первого сегмента 10 нагрузки до первого и второго индукторов L2, L2a второго сегмента 20 нагрузки. Последующие сегменты нагрузки можно проектировать аналогичным образом.
Фиг. 4 иллюстрирует однополярный вариант осуществления, в котором используется устройство типа "токового зеркала", образованного двумя транзисторами Q1, Q2. Как показано на фиг. 4, ток в СИД D1 протекает через один участок (коллектор) первого транзистора Q1 устройства Q1, Q2 токового зеркала. Вторая нагрузка R1 (схематично показана как резистор), которая не проявляется линейный характер, подсоединена ко второму участку (коллектору) второго транзистора Q2 устройства токового зеркала. До тех пор, пока ток не протекает через СИД D1, также будет отсутствовать ток, протекающий во второй нагрузке R1, несмотря на характеристику второй нагрузки R1. Как только ток начнет протекать в СИД D1, ток также может протекать во второй нагрузке R1. Соответственно, нелинейный характер СИД D1 "копируется" во второй нагрузке R1.
Максимальный ток во второй нагрузке R1 будет как минимум а) первоначальным током нагрузки второй нагрузки R1 при текущем напряжении во втором сегменте 10 нагрузки и b) током в СИД D1, умноженном на коэффициент усиления по току токового зеркала Q1, Q2.
Альтернативные варианты осуществления могут включать в себя токоизмерительный резистор, включенный последовательно с СИД D1, и управляемый источник тока или напряжения для установки тока во второй нагрузке.
Кроме коэффициента усиления по току, можно также ввести дополнительные смещения, например, с помощью диодов, включенных последовательно со второй нагрузкой R1.
Со ссылкой на фиг. 5 показан другой вариант осуществления схемной сборки 201 согласно настоящему изобретению, который показан в перспективном виде. В данном случае реактивные элементы образованы множеством конденсаторов. Эти конденсаторы образованы рядом первичных электродов 230 - 236, которые расположены параллельно двухмерной зоне обнаружения. Вслед за этими первичными электродами расположен также вторичный электрод 237 параллельно зоне обнаружения. Это означает, что конденсаторы имеют один общий вторичный электрод 237. Альтернативно, можно использовать отдельные вторичные электроды. Вторичный электрод 237 подсоединен к первому выводу 281 блока 280 драйвера. Каждый из первичных электродов 230-236 соединен последовательно с блоком 220-226 нагрузки, который, в свою очередь подсоединен к второму выводу 282 блока 280 драйвера. Например, первый первичный электрод 230 соединен последовательно с блоком 220-226 нагрузки, который, в свою очередь, подсоединен ко второму выводу 282 блока 280 драйвера. Например, первый первичный электрод 230 соединен последовательно с первым блоком 220 нагрузки. В данном случае, блоки 220-226 нагрузки, которые показаны только схематично, могут представлять собой, например, блоки СИД.
В рабочем состоянии блок 280 драйвера подает переменное напряжение, которое может иметь синусоидальную форму, на свои выводы 281, 282. Размер и размещение первичных и вторичных электродов выбирается таким образом, чтобы емкость конденсаторов была достаточно низкой. Поэтому реактивное сопротивление конденсатора является достаточно высоким, что приводит к довольно низкому напряжению, подаваемому на блок нагрузки. Если блоки 220-226 нагрузки представляют собой блоки СИД, выключенное состояние СИД можно обеспечить за счет использования дополнительных элементов нагрузки, таких как резисторы, для шунтирования маленьких сигналов. Однако, если диэлектрический объект, подобный руке 102 пользователя, находится в непосредственной близости от первичных и вторичных электродов, емкость увеличивается и реактивное сопротивление уменьшается. Следовательно, напряжение, прикладываемое к блоку нагрузки, становится выше, что приводит к его активации. На фиг. 5 показана рука 102 пользователя, которая размещается над несколькими первичными электродами 230, 231, 232, 233, что приводит к активации соответствующих блоков 220, 221, 222, 223 нагрузки. Например, СИД, которые содержатся в блоках нагрузки, могут загораться тогда, когда рука 102 пользователя находится рядом с поверхностью, в которую встроено схемная сборка 201.
На фиг. 6 показаны различные размещения диодов, которые можно использовать в качестве блоков 220-226 нагрузки, например, в схемном устройстве, показанном на фиг. 5. Для простоты иллюстрации различные сегменты 213а-213е нагрузки показаны в виде частей одной схемы. Однако в схемном устройстве, показанном на фиг. 5, используется обычно только один тип сегмента нагрузки.
Первый блок 213а нагрузки содержит два встречно-параллельных СИД. Это представляет собой техническое решение, которое позволяет обеспечить горение одного СИД независимо от полярности напряжения. Первичный и вторичный электроды и объект обнаружения (рука пользователя) схематично изображены с помощью регулируемого конденсатора 214а. В данном случае резистор можно разместить параллельно двум СИД для того, чтобы обеспечить выключенное состояние или уровень тусклого света, когда объект не находится в зоне обнаружения.
Во втором блоке 213b нагрузки два встречно-параллельных СИД соединены последовательно с резистором R, который может служить для ограничения тока, протекающего через СИД. В третьем блоке 213c нагрузки каждый из встречно-параллельных СИД заменен на два СИД, соединенных последовательно. В третьем блоке 213c нагрузки каждый из встречно-параллельных СИД заменен на два СИД, соединенных последовательно. Третий блок 213с нагрузки соединен последовательно с регулируемым конденсатором 214с и нерегулируемым конденсатором 215с. Однако нерегулируемый конденсатор можно также использовать совместно с другими показанными блоками нагрузки. В четвертом блоке 213d нагрузки СИД встроен в мостовой выпрямитель. В данном случае оба вывода выпрямителя подсоединены к регулируемым конденсаторам 214d, 215d. Опять же два регулируемых конденсатора можно также использовать совместно с другими показанными блоками нагрузки. В пятом блоке 213e нагрузки четыре СИД служат в качестве диодов для мостового выпрямителя.
Следует отметить, что блоки 213а-213е нагрузки, показанные на фиг. 6, можно также использовать в схемном устройстве (фиг. 1), вместо одиночных СИД.
Специалисты в данной области техники могут понять и осуществить другие изменения в раскрытых вариантах осуществления при практическом осуществлении заявленного изобретения, исходя из чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В приведенном выше описании и в прилагаемой формуле изобретения, ссылка на единственное число также охватывает множественное и наоборот, и ссылка на конкретное число признаков или устройств не следует истолковывать как ограничивающее изобретение конкретным числом признаков или особенностей. Более того, такие выражения, как "включать в себя" или "содержать" не исключают другие элементы, и использование единственного числа не исключает множественного числа.
Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть выгодно использована. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем изобретения.