СХЕМА ИНТЕРФЕЙСА
INTERFACE CIRCUIT

Область техники
Изобретение относится к схеме интерфейса для управления источником света путем использования драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы и к соответствующему способу работы источника света с использованием драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы.
Уровень техники
Схема интерфейса, как упомянуто во вводном параграфе, описана в US2010/0033095 Al.
Флуоресцентные лампы являются чрезвычайно эффективными источниками света и используются много лет. Эффективность и срок службы флуоресцентных ламп особенно высоки, когда возбуждение их осуществляют посредством электронного драйвера лампы, который подает высокочастотный ток лампы с частотой порядка 10 кГц. Вследствие этого светильники, содержащие такой драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы, присутствуют в домах и в офисах во всем мире. Однако в последние годы стали доступными альтернативные источники света с электрическим питанием в виде светодиодов и органических светодиодов или разрядных ламп высокого давления, которые имеют еще более высокую эффективность и срок службы, чем у флуоресцентной лампы. Вследствие этого желательно заменить флуоресцентную лампу в существующих светильниках на источник света на основе LED, или OLED, или разрядной лампы высокого давления для повышения эффективности и/или срока службы используемого источника света. Поскольку LED и OLED должны работать с постоянным током вместо высокочастотного переменного тока, нет возможности просто заменить флуоресцентную лампу светодиодным массивом. Также в случае разрядной лампы высокого давления предпочтительно подавать постоянный ток в источник света, возможно коммутируемый с низкой частотой. Таким образом, необходимо использовать схему интерфейса, соединенную между клеммами для лампы драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы и источником света, который заменяет флуоресцентную лампу. Схема интерфейса и источник света вместе должны эмулировать флуоресцентную лампу, когда схема интерфейса и источник света присоединены вместе к соединительным клеммам для лампы, и драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы проходит через этапы работы лампы: предварительный нагрев, воспламенение и стационарная работа. Кроме того, схема интерфейса должна преобразовывать высокочастотное напряжение переменного тока (AC), подаваемое драйвером высокочастотной лампы, в постоянный ток (DC), который подают в источник света.
В US2006/0193131 описана компоновка из множества LED, схемы возбуждения и опорной конструкции для формирования замены для стандартных флуоресцентных трубок без необходимости перемотки или удаления магнитного или электронного балластного сопротивления при использовании в стандартных люминесцентных светильниках. Эта известная схема является сложной и имеет субоптимальное поведение при включении.
Сущность изобретения
Изобретение направлено на предоставление схемы интерфейса и соответствующего способа, которые позволяют эмулировать флуоресцентную лампу простым и эффективным способом.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предусмотрена схема интерфейса для работы источника света, оборудованная
- входными клеммами для соединения с соединительными клеммами для лампы электронного драйвера флуоресцентной лампы,
- первой цепью, взаимно соединяющей первую пару входных клемм,
- второй цепью, взаимно соединяющей вторую пару входных клемм,
- третьей цепью, взаимно соединяющей первую клемму первой цепи и вторую клемму второй цепи и содержащей выпрямитель, причем выходные клеммы упомянутого выпрямителя соединены во время работы с источником света, и первый переключающий элемент для управления состоянием проводимости третьей цепи,
- четвертой цепью, соединенной с третьей цепью, и содержащей схему датчика, имеющую выходную клемму, соединенную с электродом управления первого переключающего элемента для определения амплитуды высокочастотного напряжения AC между первой и второй клеммами и для переключения первого переключающего элемента в проводящее состояние, когда амплитуда высокочастотного напряжения AC достигает предварительно заданного значения.
В случае, когда флуоресцентная лампа соединена с драйвером высокочастотной флуоресцентной лампы, драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы генерирует напряжение высокой частоты со сравнительно высокой амплитудой на флуоресцентной лампе во время фазы поджига. Когда флуоресцентная лампа загорается, напряжение на лампе сильно понижается, и через лампу протекает ток. При реакции на поджиг (обнаруживаемый посредством падения напряжения или присутствия тока лампы), драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы меняет свое рабочее состояние с режима поджига на постоянную работу путем изменения своей частоты работы и подает высокочастотный переменный ток в лампу. В случае, когда схема интерфейса, в соответствии с изобретением, соединена с драйвером высокочастотной флуоресцентной лампы, схема датчика определяет напряжение поджига, которое имеет более высокую амплитуду, чем предварительно заданное значение, и делает первый переключающий элемент, содержащийся в третьей цепи, проводящим. Первый переключающий элемент управляет состоянием проводимости третьей цепи. Вследствие этого напряжение между первой и второй клеммами падает, и источник света начинает пропускать ток. Драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы, таким образом, запускают для изменения его рабочего состояния с режима поджига на постоянную работу и подают высокочастотный ток в третью цепь, который выпрямляется выпрямителем, и впоследствии подают к источнику света. Таким образом, эмулируют поджиг лампы простым и эффективным способом.
В первом предпочтительном варианте осуществления схемы интерфейса, в соответствии с изобретением, схема интерфейса содержит преобразователь постоянного тока в постоянный ток (DC-DC), подключаемый во время работы между выходными клеммами выпрямителя и источником света. Преобразователь DC-DC может, например, представлять собой повышающий преобразователь, понижающий преобразователь или обратноходовой преобразователь. Такие преобразователи хорошо известны в данной области техники и не требуют дополнительного описания. Преобразователь DC-DC управляет напряжением в третьей цепи, которое приблизительно равно напряжению на горящей флуоресцентной лампе, в напряжение, которое соответствует напряжению на источнике света, когда через него пропускают ток. Вследствие этого источник света не должен быть построен таким образом, чтобы при его работе, напряжение на нем точно соответствовало напряжению на горящей флуоресцентной лампе. Следует отметить, что в случае, когда источник света представляет собой разрядную лампу высокого давления, может потребоваться обеспечить коммутатор такой, как полный мост, между преобразователем DC-DC и источником света для коммутации постоянного тока, подаваемого преобразователем DC-DC. Кроме того, для поджига лампы схема интерфейса должна быть оборудована, например, отдельным модулем поджига. Схемы коммутатора в форме полного моста и модуля поджига хорошо известны в данной области техники и не требуют дополнительного описания.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления схемы интерфейса, в соответствии с изобретением, схема интерфейса содержит конденсатор, который во время работы шунтирует источник света. Благодаря наличию конденсатора амплитуда тока через источник света в меньшей степени изменяется в течение периода тока высокой частоты, генерируемого драйвером высокочастотной флуоресцентной лампы, так, что это же относится к выводу света источником света.
В случае, когда количество энергии, потребляемой источником света, меньше, чем количество энергии, потребляемой флуоресцентной лампой, для которой был разработан драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы, может быть желательным, чтобы схема интерфейса, в соответствии с изобретением, была оборудована пятой цепью, соединенной параллельно с третьей цепью и содержащей импеданс и дополнительный переключающий элемент, имеющий электрод управления, соединенный с выходной клеммой схемы датчика. В качестве альтернативы, схема интерфейса может быть оборудована пятой цепью, содержащей импеданс и дополнительный переключающий элемент, и соединенной между выходными клеммами выпрямителя, включенного в третью цепь. Также в этом случае электрод управления дополнительного переключающего элемента соединен с выходной клеммой схемы датчика. В зависимости от положения первого переключающего элемента в третьей цепи, в качестве третьей возможности, схема интерфейса может быть оборудована пятой цепью, включенной между входными клеммами выпрямителя, содержащегося в первой цепи, и содержащей импеданс.
Во всех трех случаях импеданс будет пропускать ток во время работы источника света. Поскольку драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы действует как источник тока, импеданс понижает ток через источник света и, таким образом, также количество энергии, потребляемой источником света. Правильный выбор значения импеданса, таким образом, обеспечивает достижение правильного согласования между энергией, для потребления которой разработан светодиодный массив, и энергией, для подачи которой разработан драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы. Таким образом, исключают нестабильность. Импеданс может представлять собой резистор. Однако реактивный элемент, более конкретно конденсатор, является предпочтительным для минимизации рассеяния энергии.
В соответствии с другим аспектом изобретения предусмотрен способ работы источника света, в котором используется электронный драйвер флуоресцентной лампы, содержащий этапы, на которых
- предоставляют первую цепь, соединенную между первой парой соединительных клемм для лампы электронного драйвера флуоресцентной лампы,
- предоставляют вторую цепь, соединенную между второй парой соединительных клемм для лампы драйвера флуоресцентной лампы,
- предоставляют третью цепь, соединенную между первой клеммой из первой и второй клемм второй цепи и содержащую выпрямитель, причем выходные клеммы упомянутого выпрямителя соединены во время работы с источником света, и первый переключающий элемент, предназначенный для управления состоянием проводимости третьей цепи,
- определяют высокочастотное напряжение между первой и второй цепями и делают первый переключающий элемент проводящим, когда амплитуда высокочастотного напряжения AC достигает предварительно заданного значения.
Предпочтительно способ дополнительно содержит следующие этапы, на которых
- предоставляют пятую цепь, соединенную параллельно с третьей цепью и содержащую импеданс и дополнительный переключающий элемент, имеющий электрод управления, соединенный с выходной клеммой схемы датчика, и
- делают дополнительный переключающий элемент проводящим, когда измеренная амплитуда напряжения AC высокой частоты достигает предварительно заданного значения. Преимущество таких двух этапов соответствует преимуществу, пояснявшемуся выше для соответствующего признака схемы интерфейса.
Источник света предпочтительно представляет собой один из группы, формируемой LED, OLED и разрядной лампой высокого давления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления схемы интерфейса, в соответствии с изобретением, будут описаны ниже с использованием чертежей.
На фиг. 1-6 показаны варианты осуществления схемы интерфейса, в соответствии с изобретением, с источником света, соединенным с ними.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 клеммы 1 представляют собой клеммы, содержащиеся в драйвере высокочастотной флуоресцентной лампы. Cr и Lr представляют собой конденсатор блокирования постоянного тока и резонансный заградитель, соответственно, которые составляют часть драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы. Условными обозначениями 7a и 7b обозначены первая пара входных клемм и вторая пара входных клемм соответственно схемы интерфейса, которые соединены с соединительными клеммами для лампы драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы. Условным обозначением 5а обозначена первая цепь, взаимно соединяющая первую пару входных клемм 7a. Условным обозначением 5b обозначена вторая цепь, взаимно соединяющая вторую пару входных клемм. Обе цепи содержат компоновку последовательности из двух резисторов, каждая из которых имеет сопротивление, равное половине сопротивления (Rf/2) нити лампы накаливания флуоресцентной лампы. Следует отметить, что присутствие резисторов в первой и второй цепях не является абсолютно необходимым. Конденсатор Cp соединяет входную клемму первой пары со входной клеммой второй пары. Конденсатор Cp также представляет собой часть драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы.
Общая клемма резисторов в первой цепи формирует первую клемму T1 первой цепи, и общая клемма резисторов во второй цепи формирует вторую клемму T2. Первая и вторая клеммы взаимно соединены третьей цепью, содержащей первый переключающий элемент 11 и часть 9 схемы, которая содержит выпрямитель. Часть 9 схемы соединена с источником 10 света. Источник 10 света может представлять собой массив из светодиодов или OLED, или разрядную лампу высокого давления.
Следует отметить, что кроме выпрямителя часть 9 схемы может содержать дополнительную электрическую цепь, такую как преобразователь DC-DC, который во время работы соединен между выпрямителем и источником 10 света.
Первая клемма T1 и вторая клемма T2 также взаимно соединены с помощью четвертой цепи, содержащей схему 8 датчика, имеющую выходную клемму, соединенную с электродом управления первого переключающего элемента 11 для определения амплитуды высокочастотного напряжения AC между первой и второй клеммами и для переключения первого переключающего элемента в проводящее состояние, когда амплитуда высокочастотного напряжения AC достигает предварительно заданного значения. Входные клеммы 7a и 7b, первая цепь 5a, вторая цепь 5b, первый переключающий элемент 11, часть 9 схемы и схема 8 датчика вместе формируют схему 6 интерфейса для работы источника света.
Операция, в соответствии с вариантом осуществления, показанная на фиг. 1, состоит в следующем.
Когда включают драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы, драйвер лампы входит в первое рабочее состояние, которое обычно называется "предварительным нагревом", во время которого генерируется ток предварительного нагрева, который протекает через нити накаливания подключенной флуоресцентной лампы для предварительного нагрева электродов. Во время такого состояния предварительного нагрева напряжение через лампу поддерживается на сравнительно низком значении для предотвращения поджига лампы. Как напряжение лампы, так и ток предварительного нагрева определяют по рабочей частоте драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы. В случае, когда не флуоресцентная лампа, а схема интерфейса, показанная на фиг. 1, соединена с соединительными клеммами для лампы, ток предварительного нагрева протекает через первую цепь, конденсатор Cp и вторую цепь. Первая и вторая цепи, таким образом, эмулируют нити накала флуоресцентной лампы.
После истечения предварительно заданного промежутка времени переходят во второе рабочее состояние "поджига". Во время такого рабочего состояния рабочую частоту регулируют до такого значения, что напряжение поджига со сравнительно высокой амплитудой будет присутствовать на лампе.
В случае, когда лампа воспламеняется под влиянием этого напряжения поджига, напряжение на лампе падает, и лампа начинает проводить ток. Когда это определяется схемой управления драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы, происходит переход на третий этап работы "установившаяся работа". Во время этого этапа рабочую частоту регулируют таким образом, чтобы на лампу подавался ток, который, по существу, равен номинальному току лампы. В случае, когда не флуоресцентная лампа, а схема интерфейса, показанная на фиг. 1, будет подключена к соединительным клеммам для лампы во время "поджига", схема детектора определяет, что напряжение на лампе выше, чем предварительно заданное значение, и делает первый переключающий элемент проводящим. Вследствие этого напряжение в третьей цепи падает, и третья цепь начинает проводить ток. Это определяется схемой управления драйвера высокочастотной флуоресцентной лампы, и происходит переход в третье рабочее состояние "установившаяся работа". Во время этого этапа работы ток, по существу, равный номинальному току лампы, протекает через третью цепь. Этот ток выпрямляется выпрямителем, и его подают непосредственно или через преобразователь DC-DC к источнику света.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2-фиг. 6, компоненты и части схемы, которые аналогичны компонентам и частям схемы варианта осуществления, показанного на фиг. 1, имеют идентичные условные обозначения.
Единственное различие между вариантом осуществления на фиг. 1 и вариантом осуществления на фиг. 2 состоит в том, что последний содержит пятую цепь, соединенную параллельно с третьей цепью и содержащую импеданс 22 и дополнительный переключающий элемент 21. Во время работы дополнительный переключающий элемент делают проводящим в то же время, что и первый переключающий элемент, таким образом, что не только третья цепь, но также и пятая цепь начинает проводить ток. Импеданс 22 имеет такие размеры, что сумма тока через третью цепь и тока через пятую цепь приблизительно равна току через флуоресцентную лампу, на которую рассчитан драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы. Таким образом, схема интерфейса обеспечивает хорошую эмуляцию флуоресцентной лампы также во время установившейся работы. Вследствие этого обеспечивается стабильная работа источника света.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 3, также содержит пятую цепь. Пятая цепь содержит импеданс 22 и включена между входными клеммами выпрямителя. Когда первый переключающий элемент делают проводящим, ток протекает как через источник 10 света, так и через импеданс 22. Также в этом варианте осуществления импеданс 22 имеет такую величину, что сумма тока через третью цепь и тока через пятую цепь приблизительно равна току через флуоресцентную лампу, на которую рассчитан драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы. Следует отметить, что в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, схема 8 датчика также может быть включена параллельно с первым переключающим элементом 11.
В вариантах осуществления, показанных на фиг. 2 и фиг. 3, через импеданс 22 во время работы протекает переменный ток. Для минимизации рассеяния энергии импеданс 22 предпочтительно представляет собой конденсатор.
Следует отметить, что первый переключающий элемент 11 в вариантах осуществления, показанных на фиг. 1-фиг. 3, представляет собой двунаправленный переключатель. Дополнительный переключающий элемент в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, также представляет собой двунаправленный переключатель. Первый и второй переключающие элементы, содержащиеся в вариантах осуществления, показанных на фиг. 4-фиг. 6, представляют собой однонаправленные переключающие элементы.
В варианте осуществления, показанном на Фиг 4, третья цепь и пятая цепь показаны несколько более подробно, чем на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. Условным обозначением 31 обозначен выпрямитель в виде диодного моста. Светодиодная матрица 10 шунтирована конденсатором С1 и включена последовательно с первым переключающим элементом 11 между выходными клеммами диодного моста 31. Выходные клеммы диодного моста также взаимно соединены с помощью четвертой цепи, содержащей схему 8 датчика, выход которой соединен с электродом управления первого переключающего элемента 11. Пятая цепь содержит выпрямитель 41 и последовательную компоновку из импеданса 22 и дополнительного переключающего элемента 21, соединенного с выходными клеммами выпрямителя 41. Электрод управления дополнительного переключающего элемента 21 соединен с выходом схемы 8 датчика. Когда схема 8 датчика определяет, что амплитуда напряжения выше, чем предварительно заданное значение, она переключает первый переключатель 11 и дополнительный переключатель 21 в проводящее состояние. Светодиодная матрица 10, импеданс 22 и оба переключающих элемента 11 и 21 пропускают ток. Импеданс 22 имеет такие размеры, что сумма токов через третью и пятую цепи соответствует току флуоресцентной лампы, на которую рассчитан драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, через импеданс 22 протекает постоянный ток, и он может быть выполнен как омический резистор.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 5, отличается от представленного на фиг. 4 тем, что здесь не представлен выпрямитель 41 и последовательная компоновка из импеданса 22 и дополнительного переключающего элемента 21 формирует пятую цепь, которая взаимно соединяет выходные клеммы выпрямителя 31. Электрод управления дополнительного переключающего элемента 21 соединен с выходной клеммой схемы 8 датчика. Операция, в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 5, аналогична той, которая представлена на фиг. 4. Когда схема 8 датчика определяет, что амплитуда напряжения выше, чем предварительно заданное значение, она переключает первый переключатель 11 и дополнительный переключатель 21 в проводящее состояние. Светодиодная матрица 10, импеданс 22 и оба переключающих элемента 11 и 21 пропускают ток. Импеданс 22 имеет такую величину, что сумма токов через третью и пятую цепи соответствует току лампы через флуоресцентную лампу, на которую рассчитан драйвер высокочастотной флуоресцентной лампы. Также в варианте осуществления, показанном на фиг. 5, через импеданс 22 протекает постоянный ток, и, таким образом, он может быть выполнен как резистор.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 6, отличается от представленного на фиг. 4 тем, что импеданс 22 включен между первой клеммой T1 и выпрямителем 41. Выходные клеммы выпрямителя соединены посредством дополнительного переключающего элемента 21. Работа в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 6, очень похожа на представленную на фиг. 4 и на фиг. 5. Единственное важное отличие состоит в том, что через импеданс 22 протекает переменный ток вместо постоянного тока во время работы. Для минимизации рассеяния энергии импеданс 22 предпочтительно воплощен как конденсатор.