Управляющая схема и способ управления светодиодами
CONTROL CIRCUIT AND METHOD OF LEDS CONTROL

Область техники
Настоящее изобретение относится к управляющей схеме и способу, в частности к управляющей схеме и способу управления светодиодами.
Уровень техники
Светоизлучающие диоды (светодиоды) сменяют обычные технологии освещения благодаря своим преимуществам, включающим меньшее потребление энергии, меньшие размеры и низкие уровни загрязнения окружающей среды. Используемые в настоящее время светодиоды в основном управляются с помощью технологий регулирования яркости с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая вызывает быстрое переключение между состоянием нулевого тока и состоянием полного тока со скоростью, зависящей от частоты волны импульса, что приводит к мерцанию светодиодов. Мерцание светодиодов, хотя и незаметно для человеческого глаза из-за инерционности зрительного восприятия, после продолжительного времени воздействия таких осветительных приборов вызывает зрительное утомление. Это имеет особенно важное значение для хирургических осветительных систем на основе светодиодов. В хирургической области применения, в которой хирурги часто выполняют длительные хирургические процедуры и дело касается здоровья пациентов, глаза обеих сторон могут серьезно уставать из-за мерцания, производимого такими осветительными системами. С другой стороны, такие осветительные системы на основе светодиодов имеют свойство создавать мерцания и полосы на мониторе, используемом медицинскими институтами или хирургами для периодического наблюдения за хирургическими вмешательствами. В свете приведенного выше неблагоприятные мерцания, происходящие из-за технологии управления современными светодиодами, стали актуальной проблемой, ожидающей решения.
Раскрытие сущности изобретения
Для решения такой проблемы, согласно настоящему изобретению, предложена управляющая схема для управления светодиодами, содержащая: преобразователь напряжения, электрически соединенный с источником питания и светодиодной лентой, причем преобразователь напряжения поставляет фиксированное напряжение на светодиодную ленту; и светорегулирующий блок на основе тока, электрически соединенный с преобразователем напряжения, причем светорегулирующий блок на основе тока управляет амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала.
Согласно настоящему изобретению, также предложен способ управления светодиодом, включающий: подачу фиксированного напряжения на светодиодную ленту и управление током, протекающим через эту светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала амплитудой.
Согласно настоящему изобретению, фиксированное напряжение подают на светодиодную ленту посредством преобразователя напряжения, причем широтно-импульсный модулированный сигнал принимают с помощью светорегулирующего блока на основе тока, а амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, управляют аналоговым способом на основании коэффициента заполнения этого широтно-импульсного модулированного сигнала. Эти признаки направлены на преодоление недостатка, состоящего в мерцании светодиодов, возникающего в результате использования известных способов управления светодиодами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана структурная схема, которая схематически изображает управляющую схему для управления светодиодами в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема управляющей схемы для управления светодиодами в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
Ниже подробно изложены несколько примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что эти варианты осуществления раскрыты только в целях иллюстрации общих принципов настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения задан сопутствующей формулой изобретения, а не ограничен вариантами осуществления изобретения, раскрытым в настоящем документе и содержащим конкретные признаки, структуры и характеристики. Кроме того, все не являющиеся необходимыми признаки не показаны на любом из сопутствующих чертежей, а изображенные на них элементы также могут быть упрощены в иллюстративных целях. Кроме того, на чертежах для ясности иллюстрации размеры элементов могут быть преувеличены или не выполнены в масштабе. Несмотря на степень упрощения на чертежах или независимо от того, были ли подробно описаны существенные признаки, все иллюстрации и описания находятся в пределах объема, в котором они могут быть достигнуты специалистом в данной области техники на основании вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем документе, и других вариантов осуществления изобретения, которые содержат относящиеся признаки, структуры и характеристики.
in
На фиг. 1 показана структурная схема, которая схематически изображает управляющую схему 100 для управления светодиодами в соответствии с настоящим изобретением, а на фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема управляющей схемы для управления светодиодами в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, управляющая схема 100 для управления светодиодами содержит источник 101 питания, преобразователь 102 напряжения, светодиодную ленту 103 и светорегулирующий блок 104 на основе тока. Преобразователь 102 напряжения электрически соединен с источником 101 питания и светодиодной полосой 103, причем преобразователь 102 напряжения поставляет фиксированное напряжение на светодиодную ленту 103. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 2, преобразователь 102 напряжения является DC/DC преобразователем, а также промежуточным вольтодобавочным преобразователем, и содержит конденсатор С1, переключатель SW, катушку L1 индуктивности, стабилитрон D1 и конденсатор С2. Светодиодная лента расположена на обоих выводах конденсатора С1, а преобразователь 102 напряжения принимает входное постоянное напряжения V для того, чтобы поставлять фиксированное прямое напряжение на оба вывода светодиодной ленты 103.
Дополнительно, как показано на фиг. 1, светорегулирующий блок 104 на основе тока электрически соединен с преобразователем 102 напряжения. Светорегулирующий блок 104 на основе тока принимает широтно-импульсный модулированный сигнал (не показан) и управляет амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту 103 аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала. Более точно, светорегулирующий блок 104 на основе тока содержит блок 1041 широтно-импульсной модуляции (ШИМ), управляющую интегральную схему (ИС) 1042, резистивно-емкостную схему 1043 и транзистор 1044. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, также показанном на фиг. 2, блок 1041 ШИМ, электрически соединенный с управляющей ИС 1042, принимает широтно-импульсный модулированный сигнал, преобразовывает его в аналоговый сигнал и отправляет этот сигнал на управляющую ИС 1042, причем амплитуда этого аналогового сигнала зависит от коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала. Блок 1041 ШИМ содержит резистор R1, конденсатор С3, резистор R2 и резистор R3, причем первый вывод резистора R1 принимает широтно-импульсный модулированный сигнал; второй вывод резистора R1 электрически соединен с первым выводом конденсатора С3 и первым выводом резистора R2; второй вывод конденсатора С3 электрически соединен с землей; второй вывод резистора R2 электрически соединен с Контактом 1 управляющей ИС 1042 и первым выводом резистора R3; и второй вывод резистора R3 электрически соединен с землей. Другими словами, сигнал напряжения, отправленный от резистора R3, является указанным аналоговым сигналом.
Управляющая ИС 1042 электрически соединена с выводом затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043, состоящую из резистора R4 и конденсатора С4. Вывод стока транзистора 1044 электрически соединен со схемой нагрузки преобразователя 102 напряжения, то есть, электрически присоединен между катушкой L1 и стабилитроном D1. Вывод истока транзистора 1044 электрически соединен с землей. Управляющая ИС 1042 на основании амплитуды аналогового сигнала отправляет сигнал от Контакта 2 и поставляет аналоговое напряжение на вывод затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043. Таким образом управляющая ИС 1042 управляет током, протекающим через транзистор 1044 для шунтирования схемы нагрузки и достижения эффекта управления величиной тока, протекающего через светодиодную ленту 103, или амплитудой указанного тока.
Как показано на фиг. 1 и 2, управляющая схема 100 для управления светодиодами в соответствии с настоящим изобретением содержит блок 105 определения тока нагрузки и блок 106 определения тока транзистора. Блок 105 определения тока нагрузки используется для определения величины тока, протекающего через светодиодную ленту 103 или амплитуды указанного тока, а блок 105 определения тока транзистора используется для определения величины тока, протекающего через транзистор 1044 или амплитуды указанного тока. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения блок 105 определения тока нагрузки является резистором R5 в схеме нагрузки, причем первый вывод резистора R5 электрически соединен с Контактом 3 управляющей ИС 1042, а второй вывод резистора R5 электрически соединен с Контактом 4 управляющей ИС 1042 и со светодиодной лентой 103. Блок 106 определения тока транзистора является резистором R6, используемым для шунтирования схемы нагрузки, причем первый вывод резистора R6 электрически соединен Контактом 5 управляющей ИС 1042 и с землей, а второй вывод резистора R6 электрически соединен с Контактом 6 управляющей ИС 1042 и с выводом источника транзистора 1044. Величины токов, протекающих через светодиодную ленту 103 и транзистор 1044, преобразуются резисторами R5 и R6 в сигналы напряжения, соответственно, и затем эти сигналы принимаются управляющей ИС 1042.
Управляющая ИС 1042 содержит усилитель AL, усилитель AS, усилитель АЕ ошибки и компаратор АС. Отрицательный вывод и положительный вывод усилителя AL электрически соединены с Контактом 3 и Контактом 4 управляющей ИС 1042 соответственно, что означает, что усилитель AL соединен параллельно с обоими выводами резистора R5. Отрицательный вывод и положительный вывод усилителя АЕ ошибки электрически соединены с выходом усилителя AL и Контактом 1 управляющей ИС 1042 соответственно. Отрицательный вывод и положительный вывод усилителя AS электрически соединены с Контактом 5 и Контактом 6 управляющей ИС 1042 соответственно, что означает, что усилитель AS соединен параллельно с обоими выводами резистора R6. Выходы усилителя AS и усилителя АЕ ошибки электрически соединены с отрицательным выводом и положительным выводом компаратора АС, соответственно. Выход компаратора АС электрически соединен с Контактом 2 управляющей ИС 1042 для того, чтобы предоставлять аналоговое напряжение на вывод затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043. Следовательно, на основании амплитуды аналогового сигнала, принятого на Контакте 1, амплитуды тока, протекающего через светодиодную ленту 103, и амплитуды тока, протекающего через транзистор 1044, управляющая ИС 1042 отправляет сигнал от Контакта 2 и поставляет аналоговое напряжение на вывод затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043 таким образом, чтобы обеспечивать возможность транзистору 1044 генерировать токи, тем самым управляя величиной тока, протекающего через светодиодную ленту 103. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения управляющая ИС 1042 выдает ШИМ-сигнал, коэффициент заполнения которого соответствует амплитуде аналогового сигнала, принятого на Контакте 1.
В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения управляющая схема 100 для управления светодиодами дополнительно содержит DIP-переключатель S1, оба вывода которого электрически соединены с обоими выводами светодиодной ленты 103, соответственно, а один вывод электрически соединен с Контактом 4 и Контактом 7 управляющей ИС 1042. Управляющая ИС 1042 определяет статус DIP-переключателя S1 на основании электрического потенциала на Контакте 7, тем самым определяя количество светодиодов в светодиодной ленте 103. В этом варианте осуществления светодиодная лента может состоять из 6 или 8 светодиодов, и выбор DIP-переключателя S1 определяет, 6 или 8 светодиодов должны быть включены в светодиодную ленту 103 для управляющей схемы 100 для управления светодиодами.
В приведенном выше описании, а также на сопутствующих чертежах, были подробно изложены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Все признаки, раскрытые в настоящем документе, могут быть скомбинированы с использованием других способов, и каждый из этих признаков может быть теми, которые являются идентичными, эквивалентными или выполняют аналогичные цели. В этом отношении, признаки, раскрытые в настоящем документе, а исключением известных, представляют один пример среди ряда эквивалентных или аналогичных признаков.
На основании подробных описаний предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения специалисту в данной области техники будет явно понятно, что могут быть выполнены различные изменения и замены без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, которые все будут включены в объем правовой защиты сопутствующей формулы изобретения. Кроме того, настоящее изобретение не ограничивается способами в вариантах осуществления, упомянутых в настоящем документе.