ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДНОЙ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ
POWER SUPPLY FOR LED LIGHTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение в целом относится к методам подачи питания к светодиодной (LED) системе освещения, и более конкретно к способам и устройствам для автоматического управления током питания, используемым для питания такой системы.
ПРЕДШЕСТУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Описанные в этом разделе подходы могли быть осуществлены, но они не обязательно являются методиками, которые были ранее разработаны или осуществлены. Поэтому, если не указано иное, методики, описанные в этом разделе, не являются известным уровнем техники для формулы изобретения в этом применении и не являются признанным известным уровнем техники посредством включения в этот раздел.
Так как они имеют высокую эффективность и длительный срок службы, LED системы освещения все чаще используются во многих применениях, таких как, например внутреннее освещение. Во многих системах освещения, светодиоды также предлагают более высокую оптическую эффективность, чем любой другой источник света. Как следствие, светодиоды представляют собой интересную альтернативу хорошо известным источникам света, например, люминесцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности или лампам накаливания.
Светодиодные системы освещения, известные в области техники, могут содержать модуль источника питания для подачи питания к светильнику, который может содержать множество LED компонентов внутригибкой пластины, например сделанной из силикона, также известной как тонкий гибкий светильник.
Блок управления локальным током может быть обеспечен внутри самого LED светильника. Однако существует недостаток, например, когда LED светильник представляет собой поддающийся нарезке светильник, потому что такое решение не позволяет принимать во внимание различные характеристики любой конкретной области применения, в которой может быть использован светодиодный светильник, в частности фактическая длина пластины нарезается по месту один раз, чтобы соответствовать требованиям применения. Кроме того, использование контроллеров тока внутри гибкого светильника для каждого LED модуля приведет к увеличению затрат производства.
Решение, позволяющее снизить производственные затраты, связанные с тонким гибким светильником, может состоять в использовании контроллера тока, который является внешним для LED светильника. Главным недостатком этого решения, однако, является то, что LED светильник не может быть LED светильником, поддающимся нарезке, поскольку внешний источник тока должен тогда иметь фиксированный ток, выполненный с возможностью питать исходный, т.е. иметь наибольшую длину светодиодной пластины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на обеспечение альтернативного решения для подачи питания к системам освещения, поддающимся нарезке типа, который является и менее сложным и дешевым в производстве.
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается LED система освещения, содержащая:
- LED ленту, содержащую множество LED модулей, соединенных параллельно, причем каждый LED модуль, содержит:
структуру LED цепочки, содержащую множество LED компонентов, соединенных последовательно,
модуль полного сопротивления, соединенный параллельно со структурой LED цепочки,
- модуль возбуждения, имеющий выход, выполненный с возможностью обеспечения тока источника питания для подачи питания к LED ленте,- переключатель, имеющий первый вывод, соединенный с модулем возбуждения и второй вывод, соединенный с LED лентой,
- считывающий модуль, выполненный с возможностью управления переключателем и измерения суммарного полного сопротивления LED ленты, когда переключатель открыт, и имеющий выход, выполненный с возможностью обеспечения выходного сигнала, представляющего суммарное полное сопротивление светодиодной ленты,
в которой модуль возбуждения дополнительно имеет вход, выполненный с возможностью приема выходного сигнала от считывающего модуля и выполненный с возможностью управления током источника питания посредством выхода модуля возбуждения, в качестве функции выходного сигнала, обеспеченного выходом считывающего модуля.
В примерном варианте воплощения настоящего изобретения LED компоненты могут быть скомпонованы на гибкой пластине.
В примерном варианте воплощения настоящего изобретения гибкая пластина может быть изготовлена из силикона.
В примерном варианте воплощения настоящего изобретения модуль полного сопротивления может содержать по меньшей мере один резистивный элемент.
В примерном варианте воплощения настоящего изобретения модуль полного сопротивления может содержать по меньшей мере один элемент из группы, состоящей из резистора, конденсатора или катушки индуктивности.
Предлагаемое решение, как определено выше, позволяет управлять током источника питания LED ленты с единственным модулем возбуждения, который является внешним по отношению к LED ленте. Таким образом, ток источника питания может регулироваться модулем возбуждения в зависимости от длины LED цепочки. Это дополнительно позволяет уменьшить плотность схемы внутри LED ленты и тем самым ее производственную себестоимость. Кроме того, использование только недорогих компонентов, таких как светодиоды и резисторы внутри силиконовой пластины позволяет снизить производственную себестоимость LED системы освещения.
Во втором аспекте предлагается способ подачи питания к LED системе освещения, содержащей множество соединенных параллельно LED модулей, формирующих LED ленту, при этом способ содержит, по меньшей мере:
этап нарезки LED ленты до желаемой длины,
этап измерения, позволяющий измерить суммарное полное сопротивление LED ленты,
этап регулирования, позволяющий обеспечить ток источника питания к светодиодной ленте, в качестве функции суммарного полного сопротивления, измеренного во время этапа измерения, причем суммарное полное сопротивление зависит от указанной желаемой длины.
В примерном варианте воплощения настоящего изобретения переключатель может быть установлен посредством считывающего модуля в открытом состоянии во время этапа измерения.
В примерном варианте воплощения переключатель может быть установлен посредством считывающего модуля в закрытом состоянии во время этапа управления.
Предлагаемый способ, как определено выше, позволяет установить модуль переключателя в открытом состоянии или в закрытом состоянии посредством считывающего модуля во время этапов измерения и управления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты воплощения настоящего изобретения иллюстрируются посредством примера, а не в качестве ограничения, на фигурах прилагаемых чертежей, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам и на которых:
- Фиг. 1 представляет собой упрощенную блок-схему LED системы освещения, воплощающей предложенное решение,
- Фиг. 2 представляет собой типичную последовательность тока управления изобретения в соответствии с вариантами воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Описанные здесь варианты воплощения направлены на устройство и способ автоматической настройки тока питания LED системы освещения в зависимости от ее длины.
Ссылаясь к Фиг. 1, на которой показана упрощенная блок-схема LED системы освещения, к которой могут быть применены варианты воплощения настоящего изобретения. LED система 1 освещения содержит модуль100 источника питания для подачи тока источника питания к LED ленте 200.
Примерный модуль100 источника питания, как показано, может включать в себя входные выводы K1 и K2 для приема напряжения питания от напряжения источника питания, выходные выводы K3 и K4 для подачи тока источника питания к LED ленте 200 модуля108 возбуждения, переключателю 104 и считывающему модулю 106. LED лента 200 содержит, например, множество LED модулей 202, соединенных параллельно друг с другом между первым и вторым входными выводами K5 и K6 соответственно.
В одном из вариантов воплощения изобретения два входных вывода K1 и K2 в схеме 100 источника питания могут быть соединены с входами 1082, 1084 модуля 108 возбуждения. Модуль 108 возбуждения содержит два входа 1082 и 1084 для приема напряжения источника питания через два входных вывода K1 и K2 схемы 100 источника питания, и два выходныхвывода1086, 1088. Первый выходной вывод 1086 модуля 108 возбуждения выполнен с возможностью обеспечения тока источника питания, обозначенного как IPS в следующем описании и чертежах, и соединен с первым выводом 1042 переключателя 104. Второй выходной вывод 1088 модуля 108 возбуждения соединен со вторым выходным выводом K4 модуля 100 источника питания. Модуль 108 возбуждения может также включать в себя третий вход 1085, выполненный с возможностью приема информационного сигнала полного сопротивления, далее обозначенного как Imp, от выхода считывающего модуля 106. Модуль 108 возбуждения может быть программируемой схемой, например, схемой микроконтроллера или любым другим типом электронной схемы, например интегральной схемой, такой как схема FPGA (программируемая логическая интегральная схема), которая в состоянии осуществить вычисление на основе определенной стратегии и обеспечить ток питания на ее выходе.
Первый вывод 1042 переключателя 104 выполнен с возможностью приема тока IPS источника питания от первого выходноговывода1086 модуля 108 возбуждения. Он дополнительно содержит второй вход 1044, выполненный с возможностью приема командного сигнала, обозначенного как Com_C, от считывающего модуля 106, таким образом, позволяя возбуждать состояние (открытое или закрытое) переключателя 104. Переключатель 104 дополнительно содержит второй вывод 1046, соединенный с первым выходным выводом К3 модуля 100 источника питания и выполнен с возможностью передачи тока IPS источника питания от первого выходного вывода 1086 модуля 108 возбуждения через вход 1042 переключателя 104. Переключатель 104 может быть сформирован посредством транзистора, например MOS транзистора (металл-оксид-полупроводник) или биполярного транзистора, используемого в режиме коммутации или другим типом компонентов или схем, исполняющих функцию переключателя.
Считывающий модуль106 выполнен с возможностью измерения полного сопротивления LED ленты 200 и содержит два входа 1066, 1068 и два выхода 1062, 1064. Два входа 1066 и 1068 считывающего модуля 106 соединены с двумя выходными выводами K3, K4 схемы 100 источника питания и позволяют осуществить измерение полного сопротивления LED ленты 200 посредством считывающего модуля 106. Считывающий модуль106 содержит первый выход 1062, соединенный с третьим входом 1085 модуля 108 возбуждения, и выполнен с возможностью обеспечить сигнал, представляющий полное сопротивление LED ленты модуля 200.
Считывающий модуль 106 содержит второй выход 1064, выполненный с возможностью обеспечить командный сигнал, обозначенный как Com_C для управления состоянием переключателя 104; командный сигнал Com_C позволяет переводить упомянутый переключатель 104 альтернативно из состояния не проводящее в течение первого временного интервала в проводящее в течение второго временного интервала. Считывающий модуль 106 может быть программируемой схемой, например FPGA (программируемая логическая интегральная схема) или другим типом электронной схемы, например, микроконтроллером, способным измерять полное сопротивление, возбуждать переключатель и исполнять расчет в соответствии с определенной стратегией.
Первый и второй входные выводы K5 и K6 LED ленты 200 позволяют протекать току IPS источника питания, когда они соединены с двумя выходными выводами K3 и K4 соответственно схемы 100 источника питания.
LED лента 200 содержит множество LED модулей 202, соединенных параллельно друг к другу. В одном варианте воплощения количество LED модулей 202 определяет длину LED ленты 200. LED модуль 202 содержит структуру 302 LED цепочки и элементарный модуль 304 полного сопротивления, соединенный параллельно со структурой 302 LED цепочки.
Структура 302 LED цепочки может содержать множество LED компонентов 3021, соединенных последовательно, например, на гибкой печатной схеме внутри силиконовой пластины, и позволяет генерировать множество световых пучков, когда они включены. В возможном варианте воплощения структура 302 LED цепочки может содержать 12 элементарных LED компонентов, соединенных последовательно с напряжением питания 48 Вольт. Светодиоды могут быть соединены на любой подходящей подложке в зависимости от применения, будь она гибкая или нет. Следует иметь в виду, действительно, что изобретение не предназначено для ограничения технологии производства светильника. Кроме того, оно не предназначено для ограничения по длине светильника, которая связана с количеством LED модулей 202.
Модуль 304 полного сопротивления может содержать большое омическое полное сопротивление, соединенное параллельно с LED модулем 202. Значение полного сопротивления модуля304 полного сопротивления выбирается так, что когда LED компоненты 3021 структуры 302 LED цепочки запитаны для излучения световых пучков, то суммарное полное сопротивление всех LED компонентов 3021 значительно меньше полного сопротивления модуля 304 полного сопротивления. Ток питания, сгенерированный схемой 100 источника питания, может протекать только по структуре 302 LED цепочки. Элементарные модули 304 полного сопротивления могут содержать резистивный элемент, такой как резистор или множество резисторов, позволяя получать высокое значение полного сопротивления, или любой другой тип компонентов, например конденсаторных или индукционных компонентов, или любую их комбинацию в зависимости от применения.
Работа LED системы 1 освещения, показанной на Фиг. 1 осуществляется следующим образом при условии, что входные выводы K1 и K2 схемы 100 источника питания соединены с источником питания, и два выходных вывода K3 и K4 схемы 100 источника питания соединены с входными выводами K5 и K6 модуля 200 LED ленты.
Как описано выше, считывающий модуль 106 поочередно переводит переключатель 104 из непроводящего состояния в течение первого временного интервала в проводящее в течение второго временного интервала.
Фиг. 2 показывает пример формы тока IPS источника питания от первого выходного вывода 1086 модуля 108 возбуждения, где первый временной интервал соответствует, например, этапу измерения полного сопротивления обозначенному как "Z ИЗМЕРЕНИЕ" на графике Фиг. 2, и второй временной интервал соответствует этапу подачи тока обозначенному как "РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОКА ПИТАНИЯ". Продолжительность первого этапа (измерение полного сопротивления) меньше, чем продолжительность второго этапа, и, например, это отношение может быть приблизительно 10 между продолжительностью первого этапа и продолжительностью второго этапа.
Для того чтобы проиллюстрировать последовательность регулирования питающего тока в соответствии с предлагаемыми вариантами воплощения, временная диаграмма Фиг. 2 разделена на две фазы работы: первая фаза, в которой количество элементарных модулей 304 полного сопротивления равно десяти, а второй этап, на котором количество элементарных модулей 304 полного сопротивления равно шести. Такое изменение может произойти, например, когда пользователь нарезает гибкий светильник до необходимой длины. Кроме того, следует отметить, что нарезку гибкого светильника предпочтительно осуществляют, когда источник питания отключен.
Кроме того, описанные выше фазы могут быть разделены на два основных этапа работы, таких как этап измерения, который позволяет измерить суммарное полное сопротивление LED ленты 200, причем этап измерения обозначен как "Z ИЗМЕРЕНИЕ" на Фиг.2 и этап регулирования, который позволяет обеспечить подачу тока к LED ленте 200, причем этап регулирования обозначен как "РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОКА ПИТАНИЯ" на Фиг. 2. Следует иметь в виду, что Zp (т.е. значение полного сопротивления модуля 304 полного сопротивления) и значение тока IPS источника питания, как показано на диаграммах, представляют собой произвольно выбранные примеры для иллюстрации настоящего изобретения, и не предназначены для ограничения объема описанных вариантов воплощения.
Во время этапов регулирования, переключатель 104 управляется так, чтобы он был проводящим, т.е. во включенном состоянии, и ток ICP источника питания, сгенерированный модулем 108 возбуждения подавался к LED ленте 200, таким образом позволяя генерировать световые пучки. Во время этапов измерения, переключатель 104 управляется так, чтобы он был непроводящим, то есть в выключенном состоянии, и, следовательно, ток ICP источника питания не подавался к LED ленте 200. Кроме того, следует отметить, что обыкновенному специалисту в данной области техники очевидно, что величина напряжения, генерируемая считывающим модулем 106 для этапа измерения полного сопротивления может быть соответственно достаточно большой для того, чтобы позволить измерение полного сопротивления модуля200 LED ленты, и достаточно низкой, чтобы сохранять LED компонент 3021 в не проводящем состоянии.
На первом этапе измерения, обозначенном как "Z ИЗМЕРЕНИЕ 1" на Фиг. 2, второй выход 1064 считывающего модуля 106 обеспечивает сигнал, способный коммутировать переключатель 104 в выключенное состояние. В этом состоянии переключатель 104 считывающего модуля106 измеряет значение полного сопротивления всей LED ленты 200. Значение этого полного сопротивления зависит от количества LED модулей 202 в LED ленте 200. В рассматриваемом ниже примере, например, количество LED модулей 202 десять, тогда значение суммарного полного сопротивления:
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Z</mi><mi>p</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mi>o</mi><mi>t</mi><mi>a</mi><mi>l</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Z</mi><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Z</mi><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Z</mi><mi>p</mi><mn>3</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>...</mn><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Z</mi><mi>p</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где:
Zp(n) – полное сопротивление n модулей полного сопротивления Измеренное значение полного сопротивления, или иначе непосредственное количество элементарных модулей 304 полного сопротивления LED ленты 200 затем передают к модулю 108 возбуждения от первого выхода 1062 считывающего модуля 106.
Модуль 108 возбуждения выполнен с возможностью работы в соответствии с любой подходящей стратегией для расчета питающего тока в ответ на значение измерения, например, десяти модулей 304 полного сопротивления, подсоединенных параллельно к LED ленте 200. В возможных вариантах воплощения определение питающего тока может быть исполнено с использованием таблицы с заранее заданными значениями токов и сопротивлений. В варианте воплощения может быть исполнено, например, с помощью математической формулы. После расчета первый выходной вывод 1086 модуля 108 возбуждения обеспечивает сигнал, представляющий количество LED модулей 202 LED ленты 200, например, ток обозначен как IPS_1 с величиной, соответствующей количеству LED модулей 202 LED ленты 200.
В начале второго этапа второй выход 1064 модуля106 измерения обеспечивает сигнал, способный коммутировать переключатель 104 в положение «включено». Ток источника питания от первого выходного вывода 1086 модуля 108 возбуждения подается к LED ленте 200, в соответствии с количеством LED модулей 202. Эти этапы могут быть выполнены циклическим образом.
Когда источник питания отключен, количество LED модулей 202 может быть изменено. После этой модификации, когда источник питания включается, в начале второго этапа, обозначенного как "фаза n°2" на Фиг. 2, считывающий модуль 106 обнаруживает изменение полного сопротивления на следующем этапе измерения полного сопротивления после изменения полного сопротивления LED модуля 202. Например, когда количество модулей 304 полного сопротивления сокращено до шести, то новое значение полного сопротивления подается на третий вход 1085 модуля 108 возбуждения в соответствии с этой модификацией. Модуль108 возбуждения, таким образом вычисляет новое значение нового тока IPS_2 источника питания и обеспечивает новым током IPS_2 источника питания на первой выходном выводе 1086. Когда второй выход 1064 считывающего модуля 106 генерирует сигнал для коммутации переключателя 104 в состояние включено, то новый ток IPS_2 источника питания обеспечивается на входах LED ленты 200.
В других вариантах воплощения изобретения регулирование тока питания может быть выполнено, когда источник питания включен, если пользователь отрезает небольшой участок LED ленты 200 в это время. В то время как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны быть рассмотрены как иллюстративные и примерными и не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами воплощения. Вариации раскрытых вариантов воплощения могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения, при изучении чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и неопределенный артикль единственного числа "а" или "an" не исключает множественность. Один процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры, перечисленные во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означают, что комбинация этих мер не может быть использована для преимущества применения.