ЛИНЕЙНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬСИГНАЛА ПИТАНИЯ ДЛЯ УМЕНЬШЕННОГО ВОСПРИНИМАЕМОГО СВЕТОВОГО МЕРЦАНИЯ
LINEAR POWER SUPPLY SIGNAL GENERATOR FOR REDUCED PERCEPTIBLE LIGHT FLICKER

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение, в общем, направлено на схему формирователя сигнала питания для устройств освещения. Более конкретно, различные изобретаемые способы и устройства, раскрытые в данном документе, относятся к линейному формирователю сигнала питания для уменьшения мерцания в устройстве освещения.
Уровень техники
[0002] Осветительные устройства на основе полупроводниковых источников света, к примеру, светоизлучающих диодов (светодиодов), предлагают практически осуществимую альтернативу традиционным люминесцентным лампам, разрядным лампам высокой интенсивности и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды светодиодов включают в себя преобразование в области высоких энергий и оптическую эффективность, износостойкость, снижение эксплуатационных расходов и многое другое. Последние достижения в технологии светодиодов предоставляют эффективные и надежные полноспектральные осветительные модули, которые обеспечивают множество световых эффектов во множестве вариантов применения. Некоторые осветительные модули содержат один или более источников света, включающих в себя один или более светодиодов, допускающих формирование различных цветов, например, красного, зеленого и синего, а также процессор для независимого управления выходом светодиодов, чтобы формировать множество цветов и световых эффектов с изменением цвета.
[0003] Вследствие своего небольшого размера и дешевизны, простые схемы линейных формирователей сигнала питания вызывают большой интерес в области техники формирователей сигнала питания светодиодов. Одна из сложнейших проблем, связанных со светодиодным освещением, заключается в световом мерцании, которое может восприниматься человеческим глазом. Поскольку светодиоды имеют очень высокую динамическую характеристику, аккумулирование энергии зачастую используется для того, чтобы перекрывать флуктуацию мгновенной входной мощности (напряжение электросети на 60 Гц или на 50 Гц) с тем, чтобы уменьшать мерцание. Типично это достигается посредством добавления больших электролитических конденсаторов на первичной и/или вторичной стороне формирователя сигнала питания. С учетом того факта, что динамическое сопротивление светодиода уменьшается по мере того, как повышается эффективность работы светодиода, уменьшение мерцания становится еще более непростым для формирователя сигнала питания с ограничением по площади. Большинство существующих формирователей сигнала питания светодиодов имеет преобладающую частотную составляющую в свете/токе светодиода в два раза выше частоты напряжения электросети (т.е. при 100 Гц или 120 Гц), на которой человеческий глаз чувствителен к модулированному свету.
[0004] С другой стороны, на частотах выше 200 Гц человеческий глаз гораздо менее чувствителен к модулированному свету (при этом 10 Гц дает наибольшую чувствительность). Следовательно, если формирователь сигнала питания может быть спроектирован с преобладающей переменной составляющей тока в световом выходе при 200 Гц или выше, воспринимаемое световое мерцание должно существенно уменьшаться или исключаться, при том, что модуляция света по-прежнему осуществляется.
[0005] Таким образом, в данной области техники существует потребность в предоставлении формирователя сигнала питания для источника света и, в частности, светодиодного источника света, который позволяет уменьшать или исключать видимое мерцание.
Сущность изобретения
[0006] Настоящее раскрытие направлено на формирователь сигнала питания для возбуждения одного или более источников света, например, светодиодных источников света. Более конкретно, настоящее раскрытие сфокусировано на формирователе сигнала питания для источника света, в котором видимое мерцание, сформированное посредством одного или более источников света, уменьшается за счет повышения частоты преобладающей переменной составляющей тока в питании, подаваемом в один или более источников света.
[0007] В общем, в одном аспекте формирователь сигнала питания для подачи питания, чтобы возбуждать, по меньшей мере, один источник света, включает в себя: выпрямитель, имеющий вход и выход, при этом выпрямитель выполнен с возможностью принимать переменное напряжение питания на входе, причем выход выпрямителя подключается, по меньшей мере, к одному источнику света; и конденсатор, подключенный параллельно выходу выпрямителя; при этом, по меньшей мере, один источник света возбуждается посредством выхода выпрямителя в течение первой части периода переменного напряжения питания, при этом, по меньшей мере, один источник света возбуждается посредством конденсатора в течение второй части периода переменного напряжения питания, причем первая и вторая части периода переменного напряжения питания имеют приблизительно одну и ту же длительность. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один источник света не возбуждается в течение третьей части периода переменного напряжения питания.
[0008] Кроме того, в одном варианте осуществления конденсатор подключается параллельно выходу выпрямителя последовательно с параллельной комбинацией из: (1) первой ветви, которая обеспечивает путь зарядного тока для конденсатора и которая блокирует протекание разрядного тока конденсатора через первую ветвь; и (2) переключающего устройства, которое обеспечивает управляемый путь разрядного тока для конденсатора, при этом переключающее устройство имеет первый импеданс, когда переключающее устройство разомкнуто, и имеет второй импеданс, меньший первого импеданса, когда переключающее устройство замкнуто. Согласно одному необязательному признаку этого варианта осуществления, два диода подключаются диаметрально противоположно друг к другу параллельно входу выпрямителя и обеспечивают выпрямленное напряжение в узле между двумя диодами. Согласно другому необязательному признаку этого варианта осуществления, контроллер выполнен с возможностью управлять переключающим устройством, при этом контроллер управляет переключающим устройством таким образом, что оно разомкнуто, когда выпрямленное напряжение превышает пороговое напряжение, и управляет переключающим устройством таким образом, что оно замкнуто, когда выпрямленное напряжение меньше порогового напряжения. Согласно еще одному другому необязательному признаку этого варианта осуществления, переключающее устройство разомкнуто, когда выпрямленное напряжение превышает пороговое напряжение, при этом переключающее устройство замкнуто, когда выпрямленное напряжение меньше порогового напряжения.
[0009] В общем, в другом аспекте формирователь сигнала питания для подачи мощности, чтобы возбуждать, по меньшей мере, один источник света, включает в себя: стабилизатор тока, подключенный последовательно с, по меньшей мере, одним источником света; и схему приведения к требуемым параметрам, выполненную с возможностью принимать переменное напряжение питания, имеющее первичную частоту около от 50 Гц до 60 Гц, и дополнительно выполненную с возможностью приводить к требуемым параметрам принимаемое переменное напряжение питания, чтобы подавать питание в, по меньшей мере, один источник света, при этом питание имеет ненулевую постоянную составляющую тока и переменную составляющую тока, причем абсолютная величина переменной составляющей тока на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты, превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также превышает абсолютную величину переменной составляющей тока во второй гармонике первичной частоты.
[0010] В одном варианте осуществления абсолютная величина переменной составляющей тока на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты, по меньшей мере, в 10 раз превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте.
[0011] В одном варианте осуществления схема приведения к требуемым параметрам включает в себя выпрямитель, выполненный с возможностью принимать переменное напряжение питания, при этом выпрямитель имеет первый выходной контактный вывод, подключенный к шине, к которой также подключается, по меньшей мере, один источник света, при этом выпрямитель имеет второй выходной контактный вывод, подключенный к земле; и конденсатор, имеющий первый конец, подключенный к шине, и второй конец, подключенный к параллельной комбинации из: (1) первой ветви, которая обеспечивает путь зарядного тока для конденсатора и которая блокирует протекание разрядного тока конденсатора через первую ветвь; и (2) переключающего устройства, которое обеспечивает управляемый путь разрядного тока для конденсатора, при этом переключающее устройство имеет первый импеданс, когда переключающее устройство разомкнуто, и имеет второй импеданс, меньший первого импеданса, когда переключающее устройство замкнуто.
[0012] Согласно одному необязательному признаку этого варианта осуществления, переменное напряжение питания выпрямляется, чтобы формировать выпрямленное напряжение, при этом переключающее устройство разомкнуто, когда выпрямленное напряжение превышает пороговое напряжение, при этом переключающее устройство замкнуто, когда выпрямленное напряжение меньше порогового напряжения.
[0013] Согласно другому необязательному признаку этого варианта осуществления, по меньшей мере, один источник света возбуждается посредством выпрямителя в течение первой части периода переменного напряжения питания, при этом, по меньшей мере, один источник света возбуждается посредством конденсатора в течение второй части периода переменного напряжения питания, причем первая и вторая части периода переменного напряжения питания имеют приблизительно одну и ту же длительность.
[0014] В общем, в еще одном другом аспекте предоставляется способ для возбуждения, по меньшей мере, одного источника света. Способ включает в себя: прием переменного напряжения питания, имеющего первичную частоту около от 50 Гц до 60 Гц; и в ответ на принимаемое переменное напряжение питания подачу питания в, по меньшей мере, один источник света, подключенный последовательно с регулируемым источником тока, при этом питание имеет ненулевую постоянную составляющую тока и переменную составляющую тока, причем абсолютная величина переменной составляющей тока на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты, превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также превышает абсолютную величину переменной составляющей тока во второй гармонике первичной частоты.
[0015] В одном варианте осуществления способа приведение к требуемым параметрам принимаемого переменного напряжения питания включает в себя: приложение принимаемого переменного напряжения питания к входу выпрямителя, при этом выпрямитель имеет первый выходной контактный вывод, подключенный к шине, к которой также подключается, по меньшей мере, один источник света, при этом выпрямитель имеет второй выходной контактный вывод, подключенный к земле; и избирательное переключение второго контактного вывода конденсатора на землю, причем первый контактный вывод конденсатора подключается к шине, при этом, по меньшей мере, один источник света возбуждается посредством выпрямителя в течение первой части периода переменного напряжения питания, при этом, по меньшей мере, один источник света возбуждается посредством конденсатора в течение второй части периода переменного напряжения питания, причем первая и вторая части периода переменного напряжения питания имеют приблизительно одну и ту же длительность. Согласно одному необязательному признаку этого варианта осуществления, по меньшей мере, один источник света не возбуждается в течение третьей части периода переменного напряжения питания.
[0016] При использовании в данном документе для целей настоящего раскрытия термин "светодиод" должен пониматься как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции/перехода носителей, которая допускает формирование излучения в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин "светодиод" включает в себя, но не только, различные полупроводниковые структуры, которые испускают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные полосы и т.п. В частности, термин "светодиод" означает светоизлучающие диоды всех типов (включающие полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть выполнены с возможностью формировать излучение в одном или более из спектра инфракрасного излучения, спектра ультрафиолетового излучения и различных частей видимого спектра (в общем, включающих в себя длины волны излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но не только, различные типы светодиодов инфракрасного излучения, светодиодов ультрафиолетового излучения, светодиодов красного свечения, светодиодов синего свечения, светодиодов зеленого свечения, светодиодов желтого свечения, светодиодов янтарного свечения, светодиодов оранжевого свечения и светодиодов белого свечения (поясненных дополнительно ниже). Также следует принимать во внимание, что светодиоды могут конфигурироваться и/или управляться так, что они формируют излучение, имеющее различные полосы пропускания (например, полную ширину на полувысоте, или FWHM) для данного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания) и множество доминирующих длин волны в рамках данной общей классификации цветов.
[0017] Например, одна реализация светодиода, выполненного с возможностью формировать фактически белый свет (например, светодиода белого свечения), может включать в себя определенное число кристаллов, которые, соответственно, испускают различные спектры электролюминесценции, которые, в комбинации, смешиваются таким образом, что они формируют фактически белый свет. В другой реализации светодиод белого света может быть ассоциирован с люминофором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере этой реализации электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и спектр с узкой полосой пропускания, "накачивает" люминофор, который, в свою очередь, испускает излучение с большей длиной волны, имеющее немного более широкий спектр.
[0018] Также следует понимать, что термин "светодиод" не ограничивает физический и/или электрический тип корпуса светодиода. Например, как пояснено выше, светодиод может означать одно светоизлучающее устройство, имеющее несколько кристаллов, которые выполнены с возможностью, соответственно, испускать различные спектры излучения (например, которые могут управляться по отдельности или нет). Кроме того, светодиод может быть ассоциирован с люминофором, который считается неотъемлемой частью светодиода (например, некоторые типы светодиодов белого свечения). В общем, термин "светодиод" может означать светодиоды в корпусе, светодиоды без корпуса, светодиоды для поверхностного монтажа, светодиоды для монтажа на плату, светодиоды в T-образном корпусе, светодиоды в корпусе с радиальными выводами, светодиоды в рассеивающем большую мощность корпусе, светодиоды, включающие в себя некоторый корпусный и/или оптический элемент (например, светорассеивающую линзу), и т.д.
[0019] Следует понимать, что термин "источник света" означает один или более из множества источников излучения, включающих в себя, но не только, светодиодные источники света (включающие в себя один или более светодиодов, как задано выше), источники света на основе ламп накаливания (например, обычные лампы накаливания, галогенные лампы), источники света на основе люминесцентных ламп, источники света на основе фосфоресцирующих ламп, источники света на основе разрядных ламп высокой интенсивности (например, натриевую, ртутную и металлогалогенидную лампу), лазеры, другие типы источников света на основе электролюминесцентных ламп, источники света на основе пиролюминесцентных ламп (например, факельные лампы), источники света на основе свечелюминесцентных ламп (например, газовые светильники, дуговые угольные источники излучения), источники света на основе фотолюминесцентных ламп (например, источники света на основе газоразрядных ламп), источники света на основе катодолюминесцентных ламп с использованием электронного насыщения, источники света на основе гальванолюминесцентных ламп, источники света на основе кристаллолюминесцентных ламп, источники света на основе кинелюминесцентных ламп, источники света на основе термолюминесцентных ламп, источники света на основе триболюминесцентных ламп, источники света на основе сонолюминесцентных ламп, источники света на основе радиолюминесцентных ламп и люминесцентные полимеры.
[0020] Данный источник света может быть выполнен с возможностью формировать электромагнитное излучение в пределах видимого спектра, за пределами видимого спектра или в комбинации и того, и другого. Следовательно, термины "свет" и "излучение" используются взаимозаменяемо в данном документе. Дополнительно, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один или более фильтров (например, цветных светофильтров), линз или других оптических компонентов. Кроме того, следует понимать, что источники света могут быть выполнены для множества вариантов применения, включающих в себя, но не только, индикаторы, дисплеи и/или освещение. "Источник освещения" является источником света, который, в частности, выполнен с возможностью формировать излучение, имеющее достаточную яркость, чтобы эффективно освещать внутреннее или внешнее пространство. В этом контексте, "достаточная яркость" означает достаточную мощность излучения в видимом спектре, сформированном в пространстве или окружающей среде (единица "люмен" зачастую используется для того, чтобы представлять полный световой выход из источника света во всех направлениях, с точки зрения мощности излучения или "светового потока"), чтобы предоставлять окружающее освещение (т.е. свет, который может восприниматься косвенно и который, например, может полностью или частично отражаться от одной или более из множества промежуточных поверхностей перед восприятием).
[0021] Термин "осветительный модуль" используется в данном документе для того, чтобы означать устройство, включающее в себя один или более источников света одного или различных типов. Данный осветительный модуль может иметь любое из множества монтажно-сборочных приспособлений для источника(ов) света, компоновок и форм кожуха/корпуса и/или конфигураций электрических и механических соединений. Дополнительно, данный осветительный модуль необязательно может быть ассоциирован (например, включать в себя, быть соединен и/или объединен в одном корпусе) с различными другими компонентами (например, схемами управления), относящимися к работе источника(ов) света. "Светодиодный осветительный модуль" означает осветительный модуль, который включает в себя один или более светодиодных источников света, как пояснено выше, одиночных или в комбинации с другими несветодиодными источниками света. "Многоканальный" осветительный модуль означает светодиодный или несветодиодный осветительный модуль, который включает в себя, по меньшей мере, два источника света, выполненных с возможностью, соответственно, формировать различные спектры излучения, при этом каждый различный спектр источника может означать "канал" многоканального осветительного модуля.
[0022] Следует принимать во внимание, что все комбинации вышеприведенных принципов и дополнительных принципов, подробнее поясненных ниже (если такие принципы не являются взаимно несогласованными), считаются частью объекта изобретения, раскрытого в данном документе. В частности, все комбинации заявленного объекта изобретения, указанного в конце этого раскрытия, считаются частью объекта изобретения, раскрытого в данном документе. Также следует принимать во внимание, что термины, явно используемые в данном документе, которые также могут появляться в любом раскрытии, включенном по ссылке, должны соответствовать значению, наиболее согласующемуся с конкретными принципами, раскрытыми в данном документе.
Краткое описание чертежей
[0023] На чертежах аналогичные ссылочные позиции, в общем, ссылаются на одни и те же части в различных видах. Кроме того, чертежи необязательно начерчены в масштабе, вместо этого акцент делается на понятности иллюстрирования принципов изобретения.
[0024] Фиг.1 показывает функциональную блок-схему осветительного модуля, включающего в себя формирователь сигнала питания и один или более источников света.
[0025] Фиг.2 показывает принципиальную схему одного примерного варианта осуществления осветительного модуля, включающего в себя формирователь сигнала питания и один или более источников света.
[0026] Фиг.3 показывает формы сигнала напряжения и тока для иллюстрации работы формирователя сигнала питания, проиллюстрированного на фиг.2.
[0027] Фиг.4 показывает подробную принципиальную схему одного примерного варианта осуществления осветительного модуля, включающего в себя формирователь сигнала питания и один или более источников света.
[0028] Фиг.5 показывает формы сигнала напряжения и тока для иллюстрации работы формирователя сигнала питания, проиллюстрированного на фиг.4.
[0029] Фиг.6 иллюстрирует примерный частотный спектр мощности, приложенной к источнику света посредством одного примерного варианта осуществления формирователя сигнала питания.
Подробное описание изобретения
[0030] В общем, заявители обнаружили, что должно быть предпочтительно предоставлять формирователь сигнала питания для одного или более источников света, к примеру, светодиодных источников света, который может повышать частоту преобладающей переменной составляющей тока в мощности, подаваемой в один или более источников света. В связи с вышеизложенным, различные варианты осуществления и реализации настоящего изобретения направлены на формирователь сигнала питания осветительного модуля, к примеру, светодиодного осветительного модуля.
[0031] Фиг.1 показывает функциональную блок-схему осветительного модуля 100, включающего в себя формирователь сигнала питания и один или более источников 130 света согласно различным вариантам осуществления изобретения. Формирователь сигнала питания включает в себя схему 120 приведения к требуемым параметрам и стабилизатор 140 тока. В некоторых вариантах осуществления источник(и) 130 света включает в себя один или более светодиодов.
[0032] В некоторых вариантах осуществления схема 120 приведения к требуемым параметрам принимает переменное напряжение 110 питания и, в частности, так называемое напряжение электросети, выдаваемое из энергосистемы и имеющее первичную частоту около от 50 Гц до 60 Гц, например, 50 Гц в некоторых странах (к примеру, в Европе) и 60 Гц в других странах (к примеру, в США). Схема 120 приведения к требуемым параметрам преобразует переменное напряжение 110 питания в напряжение, подходящее для возбуждения источника(ов) 130 света. В частности, схема 120 приведения к требуемым параметрам приводит к требуемым параметрам принимаемое переменное напряжение 110 питания, чтобы подавать питание в источник(и) 130 света, при этом питание имеет ненулевую постоянную составляющую тока и переменную составляющую тока, и абсолютная величина переменной составляющей тока на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты (например, на частоте приблизительно 200 Гц или приблизительно 240 Гц), превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также превышает абсолютную величину переменной составляющей тока во второй гармонике первичной частоты. Преимущественно, абсолютная величина переменной составляющей тока питания, подаваемого в источник(и) 130 света на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты переменного напряжения 110 питания, по меньшей мере, в десять раз превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также во второй гармонике первичной частоты.
[0033] Фиг.2 показывает принципиальную схему одного примерного варианта осуществления осветительного модуля 200, включающего в себя формирователь 205 сигнала питания и один или более источников 230 света. Ссылаясь на фиг.2, формирователь 205 сигнала питания включает в себя выпрямитель 222, схему 224, стабилизатор 240 тока и контроллер 250. Выпрямитель 222 имеет вход и выход и выполнен с возможностью принимать переменное напряжение 210 питания на входе, и его выход подключается к источнику(ам) 230 света. Схема 224 включает в себя конденсатор 226, подключенный параллельно выходу выпрямителя 222 через параллельную комбинацию из: (1) первой ветви, содержащей последовательную комбинацию резистора 228 и диода 229; и (2) переключающего устройства 227. Первая ветвь обеспечивает путь зарядного тока для конденсатора 226 и (посредством диода 229) блокирует протекание разрядного тока конденсатора 226 через первую ветвь. Переключающее устройство 227 обеспечивает управляемый путь разрядного тока для конденсатора 226. Переключающее устройство 227 имеет первый импеданс, когда переключающее устройство 227 разомкнуто, и имеет второй импеданс, меньший первого импеданса, когда переключающее устройство 227 замкнуто. Стабилизатор 240 тока, который преимущественно может быть линейным стабилизатором тока, подключен последовательно с источником(и) 230 света и регулирует ток через источник(и) 230 света. Контроллер 250 управляет операцией переключения переключающего устройства 229, как подробнее поясняется ниже.
[0034] В некоторых вариантах осуществления, источник(и) 230 света включает в себя гирлянду светодиодов высокого напряжения. Преимущественно, рабочее напряжение для этого напряжения гирлянды светодиодов находится в диапазоне 100-140% от RMS переменного напряжения 210 питания, предпочтительно в диапазоне 110-130% и наиболее предпочтительно приблизительно 120~125%.
R
M
BUS
LED
[0035] Далее поясняется примерная работа формирователя 205 сигнала питания со ссылкой на фиг.3, показывающую формы сигнала напряжения и тока, которые должны быть использованы, в качестве иллюстрации. Форма 310 сигнала иллюстрирует то, какой вид должно иметь выходное напряжение выпрямителя 222 при отсутствии схемы 224 и 230. Как можно видеть из фиг.3, форма сигнала выпрямленного напряжения имеет период T, который составляет половину периода T переменного напряжения 110 питания, и, соответственно, основная частота выпрямленной формы сигнала в два раза выше главной частоты переменного напряжения 110 питания либо типично или приблизительно составляет 100 Гц или 120 Гц. Форма 320 сигнала иллюстрирует напряжение V на шине на выходе выпрямителя 222 при наличии схемы 224 и 230. Форма 330 сигнала иллюстрирует ток I через источник(и) 230 света.
M
R
M
BUS
LED
BUS
LED
M
LED
[0036] Функционально, выпрямитель 222 принимает переменное напряжение 210 питания и подает выходное напряжение в конденсатор 226 и источник(и) 230 света. Конденсатор 226 заряжается через резистор 228 и диод 229 и разряжается через переключающее устройство 227. Более конкретно, конденсатор 226 заряжается, когда переключающее устройство 227 разомкнуто, и конденсатор 226 разряжается, когда переключающее устройство 227 замкнуто. В результате операции переключения переключающего устройства 227 каждый период T переменного напряжения 110 питания (и фактически, каждый период T=T/2) может быть разделен, по меньшей мере, на две части: (1) первую часть или интервал T1, когда переключающее устройство 227 разомкнуто, и если напряжение V на шине и ток I через источник(и) 230 света управляется посредством выхода выпрямителя 222; и (2) вторую часть или интервал T2, когда переключающее устройство 227 замкнуто, и если напряжение V на шине и ток I через источник(и) 230 света управляется посредством конденсатора 226. Как видно в форме 330 сигнала на фиг.3, первая и вторая части T1 и T2 повторяются в каждом периоде TM переменного напряжения 210 питания. Предпочтительно, каждый период T переменного напряжения 210 питания дополнительно включает в себя третью часть или интервал T3, если источник(и) 230 света не возбуждается, и ток I через источник(и) 230 света составляет ровно или около нуля, как также показано в форме 330 сигнала.
SWITCH-IN
SWITCH-IN
STRING
[0037] Как проиллюстрировано на фиг.3, переключающее устройство 227 включается при предварительно определенном пороговом уровне (V) мгновенного выпрямленного переменного напряжения питания и выключается при том же пороговом уровне. Преимущественно, предварительно определенный пороговый уровень V напряжения выбирается таким образом, что рабочие циклы тока в светодиодах в период T1 и в период T2 равны, так что преобладающая составляющая в свете в четыре раза выше первичной частоты переменного напряжения 210 питания (например, приблизительно 200 Гц или 240 Гц), и вторая гармоника первичной частоты (например, при 100 Гц или 120 Гц), которая преобладает в форме 310 сигнала на фиг.3, в значительной степени подавляется. С этой целью, напряжение через источник(и) 230 света, V, выбирается предпочтительно приблизительно равным 120~125% от RMS переменного напряжения 210 питания.
STRING
SWITCH-IN
[0038] Для данного значения V напряжение V, при котором замкнуто переключающее устройство 227, может быть вычислено с использованием следующих уравнений.
,
a
M
M
M
где T является моментом в каждый цикл T, в котором начинает протекать ток в светодиодах, V является RMS переменного напряжения 210 питания, и T является периодом переменного напряжения 210 питания;
;
;
.
SWITCH-IN
1
2
R
M
[0039] Когда напряжение V выбрано согласно уравнениям (1)-(4), части или интервалы T (когда источник(и) 230 света возбуждается посредством выпрямителя 222) и T (когда источник(и) света возбуждается посредством конденсатора 226) в периоде T (и, следовательно, также в периоде T) должны быть равны друг другу. Таким образом, составляющая второй гармоники (например, при 100 Гц или 120 Гц) первичной частоты (например, при 50 Гц или 60 Гц) переменного напряжения 210 питания, присутствующего в световом выходе, может быть минимизирована относительно составляющей в четвертой гармонике (например, при 200 Гц или 240 Гц).
[0040] В частности, формирователь 205 сигнала питания подает питание в источник(и) 230 света, при этом питание имеет ненулевую постоянную составляющую тока и переменную составляющую тока, и абсолютная величина переменной составляющей тока на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты переменного напряжения 210 питания (например, на частоте приблизительно 200 Гц или приблизительно 240 Гц), превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также превышает абсолютную величину переменной составляющей тока во второй гармонике первичной частоты. Предпочтительно, абсолютная величина переменной составляющей тока мощности, подаваемой в источник(и) 230 света на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты переменного напряжения 210 питания, по меньшей мере, в десять раз превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также во второй гармонике первичной частоты. В некоторых вариантах осуществления формирователь 205 сигнала питания может быть сконструирован с использованием недорогих дискретных компонентов.
[0041] Фиг.4 показывает подробную принципиальную схему одного примерного варианта осуществления осветительного модуля 400, включающего в себя формирователь 405 сигнала питания и один или более источников 430 света. Формирователь 405 сигнала питания включает в себя выпрямитель 422, схему 424, стабилизатор 440 тока, контроллер 450, источник 460 низкого напряжения и схему 470 задания тока. Выпрямитель 422 включает в себя диоды D1/D2/D3/D4 и выполнен с возможностью принимать переменное напряжение питания (например, так называемое напряжение электросети) на входе, и его выход подключается к источнику(ам) 430 света. Схема 424 включает в себя конденсатор 426, подключенный параллельно выходу выпрямителя 422 через параллельную комбинацию из: (1) первой ветви, содержащей последовательную комбинацию резистора 428 и диода 429; и (2) переключающего устройства (например, транзистора) 427. Первая ветвь обеспечивает путь зарядного тока для конденсатора 426 и (посредством диода 429) блокирует протекание разрядного тока конденсатора 426 через первую ветвь. Переключающее устройство 427 обеспечивает управляемый путь разрядного тока для конденсатора 426. Переключающее устройство 427 имеет первый импеданс, когда переключающее устройство 427 разомкнуто, и имеет второй импеданс, меньший первого импеданса, когда переключающее устройство 427 замкнуто. Стабилизатор 440 тока, который преимущественно может быть линейным стабилизатором тока, подключен последовательно с источником(и) 430 света и регулирует ток через источник(и) 430 света. Контроллер 450 управляет операцией переключения переключающего устройства 427.
[0042] В некоторых вариантах осуществления источник(и) 430 света включает в себя гирлянду светодиодов высокого напряжения. Преимущественно, рабочее напряжение этого напряжения гирлянды светодиодов находится в диапазоне 100-140% от RMS переменного напряжения питания, предпочтительно в диапазоне 110-130% и наиболее предпочтительно приблизительно 120~125%.
[0043] Преимущественно, стабилизатор 440 тока является линейным стабилизатором тока и включает в себя пару Q1 и Q2 Дарлингтона. Питание 460 низкого напряжения извлекается из переменного напряжения питания с использованием линейного стабилизатора напряжения, компонуемого на основе Q3. Схема 470 задания тока включает в себя повторитель напряжения, компонуемый на основе Q9, для предоставления (постоянного) управляющего напряжения в стабилизатор 440 тока.
BUS
LED
M
1
BUS
LED
2
BUS
LED
[0044] Далее поясняется примерная работа формирователя 405 сигнала питания. Фиг.5 показывает примерные формы сигнала напряжения и тока для формирователя 405 сигнала питания. В частности, фиг.5 показывает форму 510 сигнала для постоянного напряжения V на шине и форму 520 сигнала для тока I в светодиодах. В результате операции переключения переключающего устройства 427 каждый период T переменного напряжения питания может быть разделен, по меньшей мере, на две части: (1) первую часть или интервал T, когда переключающее устройство 427 разомкнуто, где напряжение V на шине и ток I через источник(и) 430 света управляется посредством выхода выпрямителя 422; и (2) вторую часть или интервал T, когда переключающее устройство 427 замкнуто, где напряжение V на шине и ток I через источник(и) 430 света управляется посредством конденсатора 426.
SWITCH-IN
1
2
SWITCH-IN
SWITCH-IN
[0045] При работе переменное напряжение питания подается в выпрямитель 422, а также во "второй выпрямитель", сформированный посредством диодов D3 и D4 выпрямителя 422 и диодов 407 и 408, которые диаметрально противоположно подключаются друг к другу в узле 409. Напряжение в узле 409 может быть выпрямленным переменным напряжением, аналогично форме 310 сигнала на фиг.3, и предоставляется в резистор R3 в контроллере 450. Контроллер 450 включает в себя несколько биполярных транзисторов и резисторов. В частности, резисторы R3, R5, R6 и R13 формируют резисторный делитель, который задает пороговое напряжение V для размыкания и замыкания переключающего устройства 427 и который определяет периоды T и T времени, как показано на фиг.5. Конденсатор 426 заряжается через резистор 428 и диод 429, когда напряжение в узле 409 превышает V, и разряжается через переключающее устройство 427, когда напряжение в узле 409 меньше V.
[0046] Фиг.6 иллюстрирует примерный частотный спектр 600 мощности, приложенной к источнику(ам) 430 света посредством формирователя 405 сигнала питания по фиг.4 в случае, если первичная частота переменного напряжения питания составляет 50 Гц. Можно видеть, что преобладающая частотная составляющая питания, приложенного к источнику(ам) 430 света, составляет 200 Гц, либо четвертую гармонику переменного напряжения питания. Конечно, в случаях, если первичная частота составляет 60 Гц, то четвертая гармоника (и преобладающая частотная составляющая питания, подаваемого в источник(и) 430 света) должна составлять 240 Гц. Как показано на фиг.6, составляющая второй гармоники (например, при 100 Гц) в значительной степени подавляется.
[0047] В общем, абсолютная величина переменной составляющей тока мощности, подаваемой посредством формирователя 405 сигнала питания в источник(и) 430 света на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты переменного напряжения питания, превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также превышает абсолютную величину переменной составляющей тока во второй гармонике первичной частоты. Преимущественно, абсолютная величина переменной составляющей тока мощности, подаваемой в источник(и) 430 света на частоте, которая в четыре раза выше первичной частоты переменного напряжения питания, по меньшей мере, в десять раз превышает абсолютную величину переменной составляющей тока на первичной частоте, а также во второй гармонике первичной частоты. Следовательно, мерцание, воспринимаемое посредством человеческого глаза, может быть уменьшено по сравнению с устройством освещения, в котором источник(и) света возбуждается просто посредством выхода выпрямителя.
[0048] Хотя несколько вариантов осуществления изобретения описано и проиллюстрировано в данном документе, специалисты в данной области техники должны легко представлять себе множество других средств и/или структур для осуществления функций и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в данном документе, и считается, что каждое из таких изменений и/или модификаций находится в пределах объема вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе. Если обобщить, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в данном документе, предназначены для примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации зависят от конкретного варианта применения или вариантов применения, для которых используются идеи изобретения. Специалисты в данной области техники должны понимать или иметь возможность устанавливать с помощью не более чем обычных экспериментов множество эквивалентов для конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе. Следовательно, необходимо понимать, что вышеприведенные варианты осуществления представлены только в качестве примера, и что, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, варианты осуществления изобретения могут осуществляться на практике способом, отличным от конкретно описанного и заявленного. Варианты осуществления изобретения настоящего раскрытия направлены на каждый отдельный признак, систему, изделие, материал, комплект и/или способ, описанные в данном документе. Помимо этого, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несогласованными, включается в пределы объема изобретения настоящего раскрытия.
[0049] Следует понимать, что все определения, задаваемые и используемые в данном документе, контролируются согласно словарным определениям, определениям в документах, включенных по ссылке, и/или обычному смыслу задаваемых терминов.
[0050] Термины в единственном числе, при использовании в подробном описании и в формуле изобретения, если явно не указано иное, должны пониматься как означающие "по меньшей мере, один".
[0051] Фраза "и/или", при использовании в подробном описании и в формуле изобретения, должна пониматься как означающая "один или оба" из элементов, сочетающихся таким образом, т.е. элементов, которые совместно присутствуют в некоторых случаях и отдельно присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с "и/или", должны трактоваться одинаково, т.е. "одни или более" из элементов, сочетающихся таким образом. Необязательно могут присутствовать другие элементы, отличные от элементов, конкретно идентифицированных посредством выражения "и/или", будь то связанные или несвязанные с конкретно идентифицированными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, ссылка на "A и/или B", при использовании в открытом языке (к примеру, "содержащий"), может означать, в одном варианте осуществления, только A (необязательно включающее в себя элементы, отличные от B); в другом варианте осуществления, только B (необязательно включающее в себя элементы, отличные от A); в еще одном варианте осуществления, как A, так и B (необязательно включающее в себя другие элементы); и т.д.
[0052] При использовании в подробном описании и в формуле изобретения "или" должно пониматься как имеющее тот же смысл, как "и/или", как задано выше. Например, при разделении пунктов в списке "или" или "и/или" должно интерпретироваться как включающее в себя, т.е. включение, по меньшей мере, одного, но также включающее в себя более одного из определенного числа или списка элементов и, необязательно, дополнительные не включенные в список пункты. Только термины, явно указанные с обратным смыслом, такие как "только один из" или "точно один из", либо, при использовании в формуле изобретения, "состоящий из", упоминаются как включение точно одного элемента из определенного числа или списка элементов. В общем, термин "или" при использовании в данном документе должен интерпретироваться только как указывающий исключающие альтернативы (т.е. "один или другой, но не оба"), когда ему предшествуют термины исключительности, такие как "любой", "один из", "только один из" или "точно один из". "Состоящий по существу из", при использовании в формуле изобретения, должен иметь свой обычный смысл при использовании в области патентного права.
[0053] При использовании в подробном описании и в формуле изобретения фраза "по меньшей мере, один" в ссылке на список из одного или более элементов должна пониматься как означающая, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающий в себя, по меньшей мере, один из каждого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов, и исключающий какие-либо комбинации элементов в списке элементов. Это определение также обеспечивает возможность того, что необязательно могут присутствовать элементы, отличные от элементов, конкретно идентифицированных в списке элементов, к которым относится фраза "по меньшей мере, один", будь то связанные или несвязанные с конкретно идентифицированными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, "по меньшей мере, одно из A и B" (или, эквивалентно, "по меньшей мере, одно из A или B", или, эквивалентно "по меньшей мере, одно из A и/или B") может означать, в одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно, необязательно включающее в себя больше одного, A, без присутствия B (и необязательно включающее в себя элементы, отличные от B); в другом варианте осуществления, по меньшей мере, одно, необязательно включающее в себя больше одного, B, без присутствия A (и необязательно включающее в себя элементы, отличные от A); в еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно, необязательно включающее в себя больше одного, A и, по меньшей мере, одно, необязательно включающее в себя больше одного, B (и необязательно включающее в себя другие элементы); и т.д.
[0054] Также следует понимать, что, если явно не указано иное, в любых способах, заявленных в данном документе, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничен порядком, в котором изложены этапы или действия способа.
[0055] При использовании в данном документе термины "приблизительно", "около" и "почти" означают в пределах 10%, а термин "по существу" означает, по меньшей мере, 75%.
[0056] Любые ссылочные позиции или другие символы, приведенные в круглых скобках в формуле изобретения, предоставляются просто для удобства и не предназначены каким-либо образом ограничивать формулу изобретения.
[0057] В формуле изобретения, а также в вышеприведенном подробном описании все переходные фразы, такие как "содержащий", "включающий в себя", "несущий", "имеющий", "содержащий", "заключающий в себе", "хранящий", "состоящий из" и т.п., должны пониматься как открытые, т.е. означающие включающий в себя, но не только. Только переходные фразы "состоящий из" и "состоящий в своей основе из" должны быть закрытыми или полузакрытыми переходными фразами, соответственно.