СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА С РЕГУЛИРОВКОЙ ЯРКОСТИ, ИНИЦИИРОВАННОЙ СПРОСОМ НА МОЩНОСТЬ
LED LAMP WITH BRIGHTNESS ADJUSTMENT, INITIATED BY DEMAND FOR POWER

Уровень техники
Диммер - это устройство, которое может менять световое излучение ламп путем изменения их энергопотребления. Некоторые лампы, такие как люминесцентные лампы, не имеют коммерческих диммеров, и поэтому их энергопотребление и яркость остаются относительно постоянными. У других ламп, таких как лампы накаливания, регулировка яркости может быть осуществлена с помощью простой регулирующей схемы.
Основной элемент этих диммеров (часто кремниевый тиристор (SCR) или симметричный триодный тиристор (триак)) активируется сопротивлением, которое устанавливается резистором (таким как переменный резистор), чтобы производить периодическое уменьшение тока в доли циклов переменного тока. Это периодическое уменьшение тока вызывает сокращение электроснабжения нити лампы накаливания, тем самым уменьшая световую (т.е. тепловую) энергию лампы накаливания и соответственно уменьшая яркость лампы.
Температура нити накала уменьшается за счет снижения тепловой мощности, вызванного активацией диммера. Мощность излучения черного тела (и, следовательно, светового излучения) нити накала очень чувствительна к ее температуре. Каждая лампа накаливания выполнена с возможностью оптимизации по этому температурному параметру. Малое отклонение от ее оптимальных условий вызовет большое сокращение светового излучения. Поэтому небольшое снижение энергопотребления лампы накаливания может вызвать непропорционально большее снижение яркости. Другими словами, эти диммеры, как правило, уменьшают яркость лампы накаливания пропорционально гораздо большему значению, нежели снижение энергопотребления. Например, некоторые диммеры могут уменьшать яркость до 10% от исходного уровня, сокращая только 10% первоначального энергопотребления. Таким образом, 90% использования энергии производит только 10% яркости по сравнению с 100% использованием энергии. Это нежелательное свойство с точки зрения энергосбережения.
Коммерческие светодиодные лампы с регулируемой яркостью, как правило, изготовлены с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и/или подсистемами триаков. Светодиодные лампы с регулируемой яркостью также могут состоять из несколько большего количества подсистем, включая: 1) источник энергии, такой как блок питания или батарея; 2) светодиодную осветительную подсистему, состоящую по меньшей мере из одного светодиода; и 3) интегральные схемы (ИС), управляемые постоянным током (или напряжением), которые регулируют ток (напряжение), подаваемый в светодиодную осветительную подсистему. Источник питания может быть объединен с модулем ШИМ (или триака), чтобы стать ШИМ- (или триак-) модифицированным источником питания.
Подсистема ШИМ преобразует входную энергию в периодический импульсный ток с регулируемым коэффициентом заполнения. Уровень регулируемого коэффициента заполнения определяет соответствующий (так называемый эффективный) уровень тока, подаваемого в светодиодную осветительную подсистему. Этот уровень тока (и, следовательно, коэффициент заполнения этого импульсного тока) побуждает производить светодиодную осветительную подсистему соответствующий уровень светового излучения. Коэффициент заполнения ШИМ управляется схемой, включающей в себя переменный резистор, который имеет настраиваемое сопротивление, регулируемое ручкой или другим регулятором. Для регулировки яркости светодиодной лампы можно использовать ручку настройки переменного резистора, чтобы отрегулировать значение коэффициента заполнения ШИМ, обеспечивающее желаемый уровень освещения, тем самым выполняя требуемую операцию регулировки яркости. Триак осуществляет периодическое уменьшение входного тока, описанное в предыдущем абзаце, так же как и регулировку "эффективной" входной энергии.
Как уже говорилось, все коммерческие проекты светодиодных ламп с регулируемой яркостью включают в себя сложную схему ШИМ или триаки, которые регулируют уровни энергоснабжения ламп. Одним словом, эти диммеры подавляют мощность (со стороны питания) до отрегулированного уровня, а затем доставляют эту мощность к осветительным подсистемам (или так называемым электрическим лампам) на отрегулированном уровне, не изменяя никакую часть светодиодных осветительных подсистем, т.е. "электрических ламп". По этой причине мы классифицируем эти диммеры как "диммеры, инициированные питанием" или "диммеры со стороны питания" в данном описании. Этот термин "диммер со стороны питания" дан в противоположность "диммеру, инициированному спросом на мощность", или "диммеру со стороны спроса на мощность", который является концепцией изобретения, подробно описанной ниже.
Сущность изобретения
Как уже говорилось в разделе про уровень техники, все стандартные проекты светодиодных ламп с регулируемой яркостью включают в себя модуль ШИМ и/или триак, который регулирует коэффициент заполнения для энергоснабжения лампы, а также количество энергии со стороны питания. Варианты осуществления, описанные в данном документе, напротив, не используют какое-либо преобразование или регулировку коэффициента заполнения. Поэтому ни ШИМ, ни триак не требуются.
Данное описание раскрывает принципы, по которым количество потребляемой мощности регулируется со стороны спроса на мощность. Одним словом, описанные в данном документе варианты осуществления преобразуют светодиодные лампы ("электрические лампы") из схемы с одной конфигурацией с одним (скажем, высоким) уровнем спроса на мощность в схему с другой конфигурацией с другим (скажем, низким) спросом на мощность. Тем самым это приводит к измененному (скажем, низкому) уровню освещения с соответствующим (скажем, низким) потреблением мощности, посредством чего и осуществляется операция регулировки яркости. Поэтому мы называем эти светодиодные лампы с регулируемой яркостью как "светодиодные лампы с регулировкой яркости, инициированной спросом на мощность" или "светодиодные лампы с регулировкой яркости со стороны спроса на мощность". Данное описание также раскрывает варианты осуществления новых и недорогих конструкций светодиодных ламп с регулировкой яркости, управляемой спросом на мощность.
Как изложено в разделе подробного описания, все образцы, построенные с использованием раскрытых принципов, были проверены на наличие энергосберегающих характеристик, таких, что сокращение светового излучения вызывает пропорционально большее снижение энергопотребления. Кроме того, основные модели сконструированных образцов, светодиодные лампы с регулируемой яркостью, использующие раскрытые в данном документе принципы, включают в себя только те схемы, которые содержат некоторые из следующих элементов: 1) светодиод(ы), 2) резистор(ы), 3) переменный резистор(ы) и/или 4) переключатель(-ли). Таким образом, эти лампы с регулируемой яркостью не только обеспечивают энергосбережение, но и могут быть также в общем гораздо более доступными, нежели стандартные светодиодные лампы с регулируемой яркостью.
Многие из описанных в данном документе вариантов осуществления могут также включать в себя пульты дистанционного управления, чтобы стать дистанционно управляемыми светодиодными лампами с регулируемой яркостью, выполняющими функции регулировки яркости удаленно. Кроме того, они могут быть объединены с необходимыми датчиками (например, датчиками движения) и/или таймерами для управления и выполнения соответствующей встроенной функции регулировки яркости в течение определенного назначенного промежутка(-ов) времени. По крайней мере один построенный образец включает в себя переменный резистор; его яркость может быть снижена непрерывно.
Данная сущность изобретения приводится для ознакомления с выбором идей реализаций в упрощенной форме, которые затем дополнительно описываются ниже в подробном описании. Данная сущность изобретения не предназначена для идентификации ключевых особенностей или существенных особенностей заявленного объекта изобретения, так же как и для использования в качестве помощи в определении содержания заявленного объекта изобретения.
Краткое описание чертежей
Для того чтобы описать способ, которым могут быть получены вышеперечисленные и другие преимущества и особенности, будет представлено более конкретное описание различных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. Ввиду понимания того, что эти чертежи изображают только типовые варианты осуществления и потому не должны рассматриваться как ограничивающие содержание изобретения, варианты осуществления будут описаны и объяснены с дополнительной конкретизацией и подробностями посредством использования прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг.1 абстрактно иллюстрирует блочную структуру типовой "светодиодной лампы с регулировкой яркости со стороны спроса на мощность" в соответствии с принципами, изложенными в настоящем документе.
Фиг.2А схематично иллюстрирует вольт-амперные и L-P-характеристики трех выбранных схем из восьми схем, построенных в образце, для выработки изобретенных принципов конструкции, изложенных в настоящем документе.
Фиг.2Б схематично иллюстрирует L-V-характеристики трех выбранных схем из восьми схем, построенных в образце, для выработки изобретенных принципов конструкции, изложенных в настоящем документе.
Фиг.3 иллюстрирует структуру цепи в указанном выше образце.
Фиг.4 иллюстрирует цепь в результате действий переключателей.
Фиг.5 иллюстрирует спроектированные электрические соединения в указанных выше образцах.
Осуществление изобретения
Как описывалось в разделе про уровень техники, коммерческие светодиодные лампы с регулируемой яркостью, как правило, изготовлены с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и/или подсистемами триаков. Эти диммеры могут настраивать входную мощность до отрегулированного (сниженного) уровня со стороны питания, а затем доставлять эту отрегулированную (сниженную) мощность к осветительным подсистемам, тем самым уменьшая их яркость. Такие диммеры в данном документе называются "диммерами со стороны питания".
Модули ШИМ и/или триаков являются относительно дорогими, а также поглощают значительное количество энергии для своего функционирования. Таким образом, эти конструкции не только дорогостоящи в производстве, но и приводят к нежелательной характеристике диммера. В частности, нежелательная характеристика диммера включает в себя 1) "сокращение светового излучения вызывает непропорционально меньшее снижение энергопотребления" или 2) "снижение энергопотребления приводит к пропорционально большему сокращению светового излучения". Таким образом, эти "диммеры со стороны питания" не являются привлекательными с финансовой или энергосберегающей точек зрения.
В противоположность этому светодиодные лампы с регулируемой яркостью, описываемые в данном документе и далее, сконструированы в виде осветительной подсистемы, подключенной к блоку диммера, который как целое работает с источником питания постоянного тока. Светодиодная осветительная подсистема построена с пассивной схемой (по меньшей мере с одним светодиодом). Источником энергии является батарея или блок питания надлежащего напряжения с допустимыми пульсациями. Дальнейшее описание подробно раскроет в данном документе важные отличия конструктивных и эксплуатационных принципов.
Фиг.1 схематически иллюстрирует (в виде блок-схемы) электрические соединения подсистем светодиодной лампы с регулируемой яркостью в соответствии с принципами, изложенными в настоящем документе. Один конец (например, отрицательный вывод) источника питания постоянного тока 100 соединен с одним концом блока диммера 110 через переключатель вкл/выкл электропитания 130. Другой конец блока диммера 110 соединен с одним концом осветительной подсистемы (или так называемой электрической лампы) 120 по меньшей мере с 2 парами выводов; затем другой конец "электрической лампы" 120 соединен с источником питания постоянного тока 100. Следует отметить, что электрический интерфейс между диммером 110 и "электрической лампой" 120 содержит по меньшей мере две пары выводов (т.е. по меньшей мере два вывода диммера соединены по меньшей мере с двумя выводами «электрической лампы»), в то время как стандартный диммер использовал бы только однопарное соединение (т.е. один вывод диммера соединен с одним выводом "электрической лампы").
Чтобы уяснить принцип конструкции, представьте, что в "электрической лампе" построены три пассивные схемы. Вольт-амперные характеристики трех схем приведены на фиг.2-а схематически, где три схемы отмечены как 341, 344, 348. Сплошная линия представляет собой вольт-амперную характеристику схемы 341, линия из точек представляет собой ВАХ схемы 344, а пунктирная линия изображает ВАХ схемы 348. Три значения тока I1>I4>I8 (при работе при напряжении V) также указаны на фиг.2-а. Можно вывести, что спрос на мощность (потребление) в схеме 341 (P1=V×I1) больше, чем в схеме 344 (P4=V×I4), а P4 больше, чем потребление в схеме 348 (P8=V×I8); таким образом, P1>P4>P8.
Эти три схемы также обладают тремя различными светоотдачами как функциями рабочей мощности, так называемыми "L-P-характеристиками" выбранных ламп в диапазоне рабочего напряжения, от Vm до Vx, который также схематически нанесен на фиг.2-а. Сплошная линия представляет собой светоотдачу схемы 341 как функцию рабочей мощности, линия из точек представляет собой светоотдачу схемы 344, а пунктирная линия изображает светоотдачу схемы 348. При работе при напряжении V светоотдача схемы 341 равняется L1, схемы 344-L4, а схемы 348-L8, причем L1>L4>L8; их удельная эффективность также представлена на фиг.2-б. Легко видеть, что эффективность схемы 348 (L8/P8) больше, чем эффективность схемы 344 (L4/Р4), и, следовательно, больше чем эффективность схемы 341 (L1/P1) при работе при одинаковом напряжении.
Представьте, что если блок переключения устроен так, что он может преобразовывать одну из этих работающих схем в "электрической лампе" в другую, то "электрическая лампа" будет вести себя как лампа с регулируемой яркостью. Такая лампа с регулируемой яркостью с "электрической лампой" и блоком переключения может изменять свою яркость освещения среди значений трех светоотдач, LI, L4, L8, соответственно изменяя спрос на мощность (потребление) среди значений P1, P4 и P8. Кроме того, при снижении яркости эффективность может быть еще улучшена, если блок переключения не потребляет никакой мощности после преобразования схемы.
Изложенные выше принципы построения являются основой для новых и недорогих конструкций светодиодных ламп с регулируемой яркостью, описанных в данном документе, и могут быть абстрактно резюмированы следующим образом: осветительная подсистема 120 на фиг.1, подсоединенная через спроектированный переключатель режима(-ов) в блоке диммера 110 на фиг.1, может быть преобразована из пассивной схемы с одной конфигурацией в схемы с другими конфигурациями. Схемы с последующими конфигурациями могут быть сконструированы с меньшим (или большим) спросом на потребление мощности, чем схема с предыдущей конфигурацией, рассчитанная на то же рабочее напряжение. Данное преобразование схемы, следовательно, может быть предназначено для обеспечения серий меньших (или больших) светоотдач, связанных с меньшим (или большим) спросом на мощность.
Таким образом, функция регулировки яркости инициируется со стороны спроса на мощность. Другими словами, "электрическая лампа" способна изменять свою потребность в мощности с одного уровня на другие уровни, что приводит к возможности изменять яркость освещения с одного уровня на другие. Поэтому мы называем эти светодиодные лампы с регулируемой яркостью как "светодиодные лампы с регулировкой яркости, инициированной спросом на мощность", или "светодиодные лампы с регулировкой яркости со стороны спроса на мощность" в данном описании.
Чтобы ясно представить основные принципы, изложенные в данном документе, давайте рассмотрим восемь взаимно трансформируемых пассивных схем, которые содержат светодиоды и резисторы, следующим образом. Во-первых, с точки зрения блоков модулей, изображенных на фиг.3-а, эти восемь схем построены с общим длинным участком цепи 310, описанным на фиг.3-а и следующим за коротким индивидуальным участком цепи 320, обеспечивающим восемь различных пассивных схем. Во-вторых, фиг.3-б и фиг.3-в изображают каждый модульный блок с точки зрения пассивной схемы. Фиг.3-б иллюстрирует пассивную схему 330, которая может быть использована в качестве общего длинного участка 310 восьми пассивных схем. А фиг. с 3-в-1 по 3-в-8 иллюстрируют восемь коротких индивидуальных схем (обозначенных как 341-348 соответственно), представляющих в совокупности пример короткого индивидуального участка 320 на фиг.3-а.
Пассивная схема 330 включает в себя несколько пассивных элементов, включая комбинацию светодиодов и резисторов. Как показано на фиг.3-б, множество элементов пассивной схемы состоит из 36 светодиодов (обозначенных как LD1-LD36), которые объединены структурой схемы в две светодиодные группы, последовательно соединенные друг с другом, где один конец соединен с выводом питания (скажем, батареей) V+, в то время как другой конец, V-, подключен к положительному выводу короткого индивидуального участка цепи 320 на фиг.3-а, представляющего собой восемь схем (обозначенных как 341-348 на фиг.3-в).
Среди двух светодиодных групп в 330 одна из светодиодных групп состоит из последовательно соединенных четырех светодиодных подгрупп, где каждая светодиодная подгруппа состоит из пяти параллельно соединенных светодиодов. Например, первая светодиодная группа, описанная выше, состоит из четырех последовательно соединенных подгрупп, где первая подгруппа состоит из пяти параллельных светодиодов (LD1-LD5), вторая подгруппа состоит из еще пяти параллельных светодиодов (LD6-LD10), третья подгруппа состоит из еще пяти параллельных светодиодов (LD11-LD15), и четвертая подгруппа также состоит из пяти параллельных светодиодов (LD16-LD20). Эти светодиоды могут быть одинаковыми или различными.
Кроме того, другая светодиодная группа в 330, описанная выше, состоит из последовательно соединенных четырех светодиодных подгрупп, где каждая подгруппа состоит из четырех светодиодов и одного резистора, соединенных параллельно. Например, данная светодиодная группа состоит из четырех последовательно соединенных подгрупп, где первая подгруппа состоит из четырех параллельных светодиодов (LD21-LD24) и одного параллельного резистора R1, вторая подгруппа состоит из еще четырех параллельных светодиодов (LD25-LD28) и одного параллельного резистора R2, третья подгруппа состоит из еще четырех параллельных светодиодов (LD29-LD32) и одного параллельного резистора R3, и четвертая подгруппа также состоит из четырех параллельных светодиодов (LD33-LD36) и одного параллельного резистора R4. Некоторые из резисторов могут быть одинаковыми, в то время как светодиоды могут быть одинаковыми или различными.
Теперь давайте рассмотрим восемь коротких индивидуальных схем (320 на фиг.3-а), изображенных на фиг.3-в (обозначенных как 341-348). Данные восемь схем состоят из двух светодиодов с резисторами или без них. Например, схема 341 состоит из двух светодиодов (обозначенных как Lx и Ly) и двух резисторов (обозначенных как Rx и Ry), соединенных параллельно, как показано на фиг.3-В-1. Схема 342 состоит из двух светодиодов (обозначенных как Lx и Ly) и одного резистора Rx, которые соединены параллельно, как показано на фиг.3-В-2. Схема 343 состоит из двух светодиодов (обозначенных как Lx и Ly) и одного резистора Ry, которые соединены параллельно, как показано на фиг.3-В-3. Схема 344 состоит из двух параллельно соединенных светодиодов (обозначенных как Lx и Ly), как показано на фиг.3-В-4. Схема 345 состоит из двух последовательно соединенных светодиодов (обозначенных как Lx и Ly) и двух резисторов (Rx параллельно соединен с Lx, а Ry параллельно соединен с Ly), как показано на фиг.3-В-5. Схема 346 состоит из двух последовательно соединенных светодиодов (обозначенных как Lx и Ly) и одного резистора (Rx параллельно соединен с Lx), как показано на фиг.3-В-6. Схема 347 состоит из двух последовательно соединенных светодиодов (обозначенных как Lx и Ly) и одного резистора (Ry параллельно соединен с Ly), как показано на фиг.3-В-7. Схема 348 состоит из двух последовательно соединенных светодиодов (обозначенных как Lx и Ly), как показано на фиг.3-В-8. Эти восемь схем могут быть взаимно преобразованы одна в другую с помощью действий типа вкл-выкл четырех переключателей, спроектированных в "блоке диммера", который будет описан ниже.
Чтобы измерить все важные физические характеристики восьми схем, было построено 8 ламп с использованием этих восьми схем; схема 341 для лампы-1, схема 342 для лампы-2, схема 343 для лампы-3, схема 344 для лампы-4, схема 345 для лампы-5, схема 346 для лампы-6, схема 347 для лампы-7 и схема 348 для лампы-8. Важные характеризующие параметры восьми пассивных схем затем получаются следующим образом: (1) восемь различных ВАХ измеряются в диапазоне напряжений от Vm до Vx; (2) значения их токов и, следовательно, их спрос на мощность (потребление) рассчитываются в диапазоне напряжений от Vm до Vx; и (3) их светоотдачи как функции спроса на мощность (потребления) измеряются в диапазоне напряжений от Vm до Vx.
В практических приложениях эти восемь ламп (схем) должны работать при одинаковом напряжении, V. Восемь значений токов, которые протекают через эти восемь схем при этом напряжении, также могут быть измерены соответственно. Восемь значений светоотдач измеряются как функции спроектированного рабочего напряжения (в диапазоне от Vm до Vx). Для удобства светоотдачи этих восьми ламп изображаются на графике в зависимости от рабочей мощности. Такие характеристики называются "L-P характеристиками" ламп.
Для упрощения данного объяснения без ограничения общности мы решили нарисовать три из восьми ВАХ кривых схематически, как показано на фиг.2-а. Сплошная линия представляет собой ВАХ схемы 341, линия из точек представляет собой ВАХ схемы 344, а пунктирная линия изображает ВАХ схемы 348. При работе при напряжении V три значения токов I1>14>18 также указаны на фиг.2-а. Можно вывести, что спрос на мощность (потребление) в схеме 341 (P1=V×I1) больше, чем в схеме 344 (P4=V×I4), а P4 больше, чем потребление в схеме 348 (P8=V×I8); таким образом, P1>P4>P8.
Только три светоотдачи как функции рабочего напряжения, "L-P характеристики" выбранных ламп, приведены схематически на фиг.2-б без ограничения общности. Сплошная линия представляет собой светоотдачу лампы-1 как функцию рабочей мощности, линия из точек представляет собой светоотдачу лампы-4, а пунктирная линия изображает светоотдачу лампы-8. При работе при напряжении V светоотдача схемы 341 равняется L1, схемы 344-L4, а схемы 348-L8, причем L1>L4>L8; их удельные эффективности (значения L/P) также представлены на фиг.2-б.
Теперь конструируется лампа (именуемая лампой-D), в которой осветительная подсистема строится с общей длинной схемой с 36 светодиодами, как показано на фиг.3-а, и коротким индивидуальным участком цепи с двумя светодиодами (Lx и Ly, описанными выше). Лампа-D также оборудована устройством (так называемым "устройством-T"). Устройство-T имеет два резистора (Rx и Ry) и четыре переключателя (переключатель-а, переключатель-б, переключатель-в и переключатель-г). Два переключателя, переключатель-а и переключатель-б, имеют по два вывода каждый, в то время как переключатель-в и переключатель-г имеют по три вывода, "центр", "вкл" и "выкл". Устройство-Т обладает следующими результатами переключений: (1) Если переключатель-а включен, то он подсоединяет резистор Rx параллельно к Lx (см. фиг.4-а-1); (2) если переключатель-б включен, то он подсоединяет резистор Ry параллельно к Ly (см. фиг.4-а-2); (3) если переключатель-в и переключатель-г оба включены, то они соединяют Lx и Ly параллельно (см. фиг.4-а-3); и (4) если переключатель-в и переключатель-г оба выключены, то они соединяют Lx и Ly последовательно в коротком индивидуальном участке осветительной подсистемы (см. фиг.4-а-4). Четыре вывода Lx и Ly подключены к выводам 4 переключателей специальным образом, указанном в блоке 400 на фиг.4-б и описанном в следующем абзаце.
Фиг.5 иллюстрирует надлежащие электрические соединения всей системы. Один конец длинного общего участка цепи, конец V+, подключается к положительному концу источника питания постоянного тока (батареи или источника питания), тогда как другой конец должен подключаться к положительному концу устройства-T и положительному концу Ly. Отрицательный конец Ly, Y-, подключается к выводу "центр" переключателя-г, в то время как положительный конец Lx, Х+, подключается к выводу "выкл" переключателя-г, и отрицательный конец Lx, X-, должен подключаться к выводу "вкл" переключателя-г, а также к отрицательному концу устройства-T. Положительный конец Ly, Y+, подключается к выводу "центр" переключателя-в, в то время как положительный конец Lx, Х+, должен подключаться к выводу "вкл" переключателя-в. Резистор Rx параллельно подключается к Lx при состоянии "вкл" переключателя-а. Резистор Ry параллельно подключается к Ly при состоянии "вкл" переключателя-б. Наконец, отрицательный конец устройства-T подключается к отрицательному выводу источника постоянного тока через независимый переключатель питания вкл/выкл.
Как описывалось в двух предыдущих абзацах, устройство-Т лампы-D может преобразовывать лампу-D в любую из ламп - лампу-1, лампу-2, лампу-3, лампу-4, лампу-5, лампу-6, лампу-7 и лампу-8, в зависимости от состояний, в которых находятся четыре переключателя в устройстве-T. Если (переключатель-а)-(переключатель-б)-(переключатель-в)-(переключатель-г) находятся: (1) в состоянии вкл-вкл-вкл-вкл, оно (устройство-T) дает лампу-1; (2) в состоянии вкл-выкл-вкл-вкл, оно дает лампу-2; (3) в состоянии выкл-вкл-вкл-вкл, оно дает лампу-3; (4) в состоянии выкл-выкл-вкл-вкл, оно дает лампу-4; (5) в состоянии вкл-вкл-выкл-выкл, оно дает лампу-5; (6) в состоянии вкл-выкл-выкл-выкл, оно дает лампу-6; (7) в состоянии выкл-вкл-выкл-выкл, оно дает лампу-7, и (8) в состоянии выкл-выкл-выкл-выкл, оно дает лампу-8 соответственно.
При работе при том же напряжении лампа-D согласно измерениям будет обладать теми же потреблением мощности и светоотдачей, как и лампа-1, когда устройство-Т преобразует схему в осветительной подсистеме в схему 341. Другими словами, лампа-D эквивалентна лампе-1 в этом случае. Схему 341 в этом случае можно рассматривать как активную схему лампы-D, в то время как другие 7 схем являются находящимися в ожидании (неактивными) схемами лампы-D. При работе при том же напряжении лампа-D согласно измерениям будет обладать теми же потреблением мощности и светоотдачей, как и лампа-2, когда устройство-Т преобразует активную схему в схему 342. Аналогичным образом лампа-D также может стать любой из восьми сконструированных ламп при преобразовании устройством-T активной схемы лампы-D в выбранную схему с помощью спроектированных операций переключения в устройстве-T.
Лампа-D имеет восемь дискретных уровней яркости плюс выключенное состояние. Таким образом, лампа-D является светодиодной лампой с регулируемой яркостью. В данном случае устройство-Т можно рассматривать как блок диммера, который осуществляет функцию регулировки яркости для светодиодной лампы с регулируемой яркостью, лампы-D. Регулировка яркости инициируется изменением уровня спроса на мощность, который определяется выбранной активной схемой.
Из этого описания теперь должно быть ясно, что для спроектированных светодиодных ламп, использующих изобретенный принцип, описанный в данном документе, изменения соответствующих уровней освещения индуцируются изменением спроса на мощность, а не посредством стандартной регулировки подачи питания от источника. Таким образом, светодиодные лампы с регулируемой яркостью, спроектированные в соответствии с изобретенными принципами, называют "светодиодными лампами с регулировкой яркости, инициированной спросом на мощность" в данном описании в отличие от стандартных "светодиодных ламп с яркостью, регулируемой со стороны питания". Таким образом, диммеры, спроектированные по принципам изобретения, называют "диммерами со стороны спроса на мощность".
Как описано выше и показано на фиг.2-а и фиг.2-б, данная лампа с регулируемой яркостью (с "электрической лампой" и блоком переключения) может менять свою яркость освещения среди значений спроектированных светоотдач, включая L1, L4 и L8, изменяя соответственно спрос на мощность (потребление), включая P1, P4 и P8. Кроме того, при снижении яркости эффективность может быть еще улучшена, если блок переключения не потребляет никакой мощности после преобразования схемы. Значение L8/L1 согласно измерениям < 30%, в то время как P8/Р1<10%.
Таким образом, следующий этап изобретения заключается в разработке блока диммера, который потребляет незначительное количество энергии во время свечения лампы (после преобразования схемы). На этом этапе можно использовать изобретение, находящееся в процессе одновременного рассмотрения, под названием "Конструкции для управления солнечной энергосистемой с крайне низким энергопотреблением". Данное раскрытие описывает изобретение, позволяющее спроектировать переключатели, которые не потребляют энергию, когда они пребывают в том же состоянии (любом состоянии), что позволит достичь крайне низкого энергопотребления во время наших применений. Детали изобретения описаны в находящейся в процессе одновременного рассмотрения и принадлежащей тому же правообладателю патентной заявке под номером 13/584,198, поданной 13 августа 2012 года, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Теперь также должно быть ясно, что вышеописанный пример может быть легко расширен на конструкцию лампы с диммером со стороны спроса на мощность (устройством-T) для выбора активной схемы с определенной конфигурацией из более (или менее) чем восьми трансформируемых схем с различными конфигурациями, как показано в приведенном выше примере.
Отметим, что согласно тому, что выше, мы получаем набор трансформируемых пассивных схем с энергоэффективными вольт-амперными характеристиками. Это приводит к хорошему фундаменту для конструкции эффективных светодиодных ламп с регулировкой яркости, инициированной спросом на мощность. Являются ли вольт-амперные характеристики схемы энергоэффективными для нашей конструкции, следует оценивать с точки зрения характеристик освещения (эффективных L-P-характеристик). Методы проектирования схемы с заданными (модифицированными) ВАХ описаны в находящейся в процессе одновременного рассмотрения патентной заявке под номером 13/312,902, поданной 6 декабря 2011 года и опубликованной 9 августа 2012 года, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Абстрактно преобразование схемы может рассматриваться при выполнении переключения, осуществляемого в блоке диммера для: (1) добавления встроенных пассивных элементов (светодиодов или резисторов) в исходную схему в осветительной подсистеме; или (2) удаления встроенных пассивных элементов (светодиодов или резисторов) из исходной схемы; или (3) изменения параллельного соединения светодиодов на последовательное соединение, и наоборот; или (4) объединения перечисленных действий.
Для регулировки яркости светодиодной лампы можно активировать переключатель(-ли), чтобы выполнить спроектированное преобразование схемы, приводящее к спроектированным изменениям уровня освещения, осуществляя таким образом спроектированую операцию "регулировки яркости". Данные разработанные диммеры изменяют уровни спроса на мощность осветительных подсистем, что приводит к изменению уровней освещенности; они называются "диммерами со стороны спроса на мощность".
Все варианты осуществления разработанных светодиодных ламп с регулируемой яркостью, использующие раскрытые в данном документе принципы, включают в себя только те пассивные схемы, которые содержат некоторые из следующих элементов: 1) светодиод(ы), 2) резистор(ы), 3) переменный резистор(ы) и/или 4) переключатель(-ли). Все варианты осуществления светодиодных ламп с регулируемой яркостью, использующие раскрытые в данном документе принципы, не только снижают свое энергопотребление пропорционально большему значению, чем уменьшение их яркости освещения, но также являются более доступными, нежели стандартные светодиодные лампы с регулируемой яркостью, использующие "диммеры со стороны питания".
Понятно, что основной строительный блок осветительной подсистемы является общим длинным участком цепи выбранной группы пассивных схем, построенных со светодиодами и резисторами, в то время как основной строительный блок диммера построен с короткими индивидуальными участками цепи, состоящими из пассивных схем. Был создан банк данных, для того чтобы собрать, обобщить и классифицировать все экспериментальные и теоретические данные о когда-либо разработанных пассивных схемах. Банк данных включает в себя вольт-амперные и L-P-характеристики каждой собранной схемы.
В процессе разработки, которая привела к хорошим светодиодным лампам с регулируемой яркостью, мы использовали этот банк данных, чтобы получить набор желательных пассивных схем. Элементы в наборе могут быть преобразованы из одного в другие посредством действий переключений, а те, что не могут быть легко преобразованы, исключаются из этого набора. Поскольку у схем известны вольт-амперные и L-P-характеристики, они могут быть проверены на предмет того, улучшается ли их эффективность от одной схемы с большей светоотдачей к другой схеме с меньшей светоотдачей при работе при спроектированном напряжении; затем те схемы, которые не удовлетворяют этому свойству, должны быть исключены из этого набора. Благодаря этому число подходящих элементов может быть уменьшено до необходимого количества. Затем выполняются необходимые конструкции для переключателей и действий в "диммере".
К блоку диммера может быть добавлен настраиваемый переменный резистор, создающий надлежащий настраиваемый шунт тока, идущего к светодиодной осветительной подсистеме для ее питания. Яркость данной светодиодной лампы с регулируемой яркостью может быть уменьшена с помощью тонкой настройки в каждой (или некоторых) выбранной активной схеме. Для конструкций, состоящих только из одной пассивной схемы, переключатель можно исключить, и остается только настраиваемый переменный резистор. Для конструкций, направленных на приложения, которые не требуют функции тонкой настройки, настраиваемые переменные резисторы могут быть исключены, и остается только переключатель(-ли). С электрической точки зрения переключатели в конструкциях диммеров обеспечивают выбор из встроенных вольт-амперных характеристик как из базы, которая определяет начальную точку для прохождения тока через светодиодную осветительную подсистему, в то время как переменный резистор обеспечивает необходимую тонкую настройку, позволяющую достичь окончательного уровня тока. С точки зрения освещения переключатель(-ли) обеспечивает поэтапное изменение освещения, в то время как ручка настройки переменного резистора обеспечивает непрерывную регулировку освещения.
По крайней мере в одном варианте осуществления мы добавляем пары дистанционного управления, чтобы отправлять/получать команды диммеру так, что он может надлежащим образом регулировать яркость (даже включать/выключать) лампы дистанционно. Другими словами, изобретенные светодиодные лампы с регулируемой яркостью могут быть связаны с коробками дистанционного управления для выполнения регулировки яркости (и вкл/выкл) с пульта дистанционного управления. Кроме того, по крайней мере в одном варианте осуществления мы добавляем таймер и датчик движения для уменьшения яркости освещения через определенный промежуток времени и для увеличения яркости при детектировании движения в течение нескольких (скажем, трех) секунд.
Настоящее изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отклонения от его сущности или существенных характеристик. Описанные варианты во всех отношениях следует рассматривать только как иллюстративные и не ограничивающие. Поэтому содержание изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, а не вышеприведенным описанием. Все изменения, которые подпадают под значение и диапазон эквивалентности формулы изобретения, должны быть охвачены в пределах их содержания.