УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЯРКОСТЬЮ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области микроэлектроники и может быть использована при управлении яркостью средств уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского светодиодного освещения.
Известно устройство для регулирования освещенности (RU 2390976 C1, МПК: H05B 39/04, опубликован 27.05.2010 г.) - [1], которое относится к электротехнике, в частности к оборудованию для электрического освещения, может быть использовано в осветительных установках с регулированием светового потока и содержит: первый вывод для подключения последовательно с лампой накаливания к первому зажиму сети, второй вывод для подключения ко второму зажиму сети, симистор, катод которого соединен с одним из выводов устройства и с первым конденсатором, а анод подключен к зажиму резистора, делитель напряжения, второй и третий конденсаторы, согласно изобретению, в него дополнительно введены микроконтроллер, диод, стабилитрон, четвертый конденсатор и четыре резистора, при этом первый зажим микроконтроллера соединен с первым выводом устройства, второй вывод которого служит для подключения ко второму зажиму сети через выключатель, управляющий электрод симистора подсоединен через второй и третий резисторы соответственно ко второму и третьему зажимам микроконтроллера, четвертый зажим которого соединен с его пятым зажимом и подключен через последовательно соединенные диод, четвертый резистор и второй конденсатор ко второму выводу устройства, делитель напряжения подключен к первому и второму выводам устройства, средняя точка делителя напряжения через пятый резистор подключена к шестому зажиму микроконтроллера, седьмой зажим которого соединен с первым резистором и через третий конденсатор с диодом и первым конденсатором, параллельно которому подключен четвертый конденсатор, а параллельно цепочке из диода и первого конденсатора подсоединен стабилитрон.
Недостатком устройства-аналога [1] является: недостаточный диапазон регулирования яркости светодиодов и невозможность управлять каждым прибором светодиодного освещения в отдельности.
По сравнению с широко используемыми в настоящее время галогенными, люминесцентными и ртутными лампами в качестве источников света, которые потребляют много энергии, светодиоды имеют преимущество, потребляя значительно меньше энергии, обладая продолжительным сроком службы и отсутствием инерционности при запуске. Светодиоды способны излучать свет высокой интенсивности, однако при этом значительно увеличивается тепловыделение, приводящее к уменьшению срока службы светодиодов, что обуславливает необходимость обеспечения в приборах светодиодного освещения эффективного постоянного рассеивания тепла. При использовании устройств управления яркостью светодиодов повышается надежность, энергоэффективность и удобство использования приборов светодиодного освещения.
Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является устройство управления яркостью светодиодного освещения (RU 104409 U1, МПК H05B 37/02, опубликовано 10.05.2011 г.) - [2], содержащее цепь питания напряжения переменного тока, преобразователь AC/DC и группу светодиодов, кроме того, в него введен блок регулировки, содержащий дроссель, устройство управления, фильтр низкой частоты, полосовой фильтр, первый и второй усилители ВЧ и НЧ соответственно, амплитудный детектор и драйвер управления светодиодами со следующими соединениями: цепь питания напряжения переменного тока соединена со входом преобразователя AC/DC, выход которого через дроссель и фильтр НЧ соединен с цепью питания драйвера; выход устройства управления через разделительный конденсатор соединен с входами фильтров НЧ и полосового, выход последнего через усилитель ВЧ, затем амплитудный детектор и усилитель НЧ соединен с управляющим входом драйвера, к выходам которого подключены светодиоды.
Устройство [2] имеет ряд недостатков: сложность схемотехнического решения, высокая стоимость, недостаточная надежность и высокое энергопотребление из-за многокомпонентности; область применения ограничена конкретным типом драйвера, входящего в состав устройства.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача создания универсального устройства для обеспечения изменения яркости (диммирования) устройства светодиодного освещения.
Техническим эффектом от реализации поставленной задачи является:
- уменьшение габаритов устройства за счет повышения степени интеграции;
- повышение надежности и снижение стоимости устройства в целом за счет уменьшения числа элементов;
- экономия электроэнергии;
- продление срока службы светодиодов;
- снижение нагрузки на электрическую сеть;
- повышение органолептических показателей изделия.
Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в предлагаемом устройстве управления яркостью светодиодного освещения, содержащем присоединенный входом к сети источник питания, выполненный в виде преобразователя переменного тока в постоянный, выход которого присоединен к силовому входу блока регулировки, устройство снабжено равным числом устройств коммутации и индикации, при этом блок регулировки имеет входы независимых каналов, по меньшей мере, по числу устройств коммутации и выходы независимых каналов, по меньшей мере, по числу устройств индикации, причем каждое из устройств коммутации входом присоединено к выходу питания постоянного напряжения блока регулировки, одним из выходов - к входу соответствующего независимого канала блока регулировки, а другим выходом - к земле, при этом каждое из устройств индикации входом присоединено к выходу соответствующего независимого канала блока регулировки, а выходом - к земле, кроме того, блок регулировки на управляющем выходе имеет клемму для подсоединения к драйверу устройства светодиодного освещения и выполнен с возможностью формирования на управляющем выходе сигнала с заданной скважностью при поступлении сигнала на вход соответствующего независимого канала, а при повторном включении в сеть и отсутствии сигналов на входах независимых каналов - с возможностью формирования на управляющем выходе сигнала со скважностью последнего сигнала перед выключением.
Введение в предлагаемое устройство подсоединенного к источнику питания необходимого числа устройств коммутации и присоединение их к входам соответствующих независимых каналов блока регулировки, который выполнен с возможностью формирования на управляющем выходе сигнала с заданной скважностью при замыкании цепи на входе соответствующего независимого канала, обеспечивает за счет возможности подбора экономически выгодных и щадящих зрение человека режимов работы повышение органолептических показателей устройства, экономию электроэнергии, продление срока службы светодиодов управляемого осветительного устройства и снижение нагрузки на электрическую сеть.
Кроме того, введение устройств индикации по числу возможных режимов на управляющем выходе блока регулировки обеспечивает удобство для потребителя за счет наглядности работы устройства.
Кроме этого, возможность формирования на управляющем выходе блока регулировки при отключенных устройствах коммутации и повторном включении предлагаемого устройства в сеть сигнала со скважностью последнего сигнала перед выключением устройства из сети позволяет, однажды выбрав оптимальный режим яркости светодиодного освещения для зрения человека, сохранять его при повторных включениях без дополнительных манипуляций.
Перечисленные выше отличительные признаки предлагаемого устройства в совокупности с возможностью управлять яркостью освещения светодиодным устройством любого типа, для чего предусмотрена клемма на управляющем выходе блока регулировки, расширяет область применения устройства управления и делает его универсальным с возможностью точного регулирования силы света и индикацией результата регулирования.
Сопоставительный анализ предлагаемого устройства управления яркостью светодиодного освещения с известными устройствами аналогичного назначения и отсутствие описания таковых в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой полезной модели критерию «новизна».
На фигуре представлена блочная электрическая схема предлагаемого устройства управления яркостью светодиодного освещения с вариантом его развернутой электрической схемы.
Представленное на фигуре устройство содержит:
1 - источник питания, выполненный в виде преобразователя переменного тока в постоянный 220v AC - 5v DC, который подсоединяется к сети;
2 - блок регулировки, который выполнен на основе микроконтроллера;
1÷n
3 - устройства коммутации;
1÷n
4 - устройства индикации;
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
1÷n
пит.
1÷n
1÷n
1÷n
упр
Блок регулировки 2 имеет входы независимых каналов Вх., по меньшей мере, по числу устройств коммутации 3 и выходы независимых каналов Вых., по меньшей мере, по числу устройств индикации 4. Каждое из устройств коммутации 3 входом присоединено к выходу питания Вых. постоянного напряжения блока регулировки 2, одним из выходов - к входу Вх. соответствующего независимого канала блока регулировки 2, а другим выходом - к земле, при этом каждое из устройств индикации 4 входом присоединено к выходу Вых. соответствующего независимого канала блока регулировки 2, а выходом - к земле, кроме того, управляющий выход Вых.. блока регулировки 2 имеет клемму К для подсоединения к драйверу устройства светодиодного освещения (D1; D2; ; Dn).
упр
1÷n
1÷n
упр
Блок регулировки 2 выполнен с возможностью формирования на управляющем выходе Вых., сигнала с заданной скважностью при поступлении сигнала на вход Вх. соответствующего независимого канала, а при повторном включении в сеть и отсутствии сигналов на входах Вх. независимых каналов - с возможностью формирования на управляющем выходе Вых.. сигнала со скважностью последнего сигнала перед выключением.
Блок регулировки в показанном на фигуре примере реализации использует: U1 - микроконтроллер (например, PIC16F628A); R1 - резистор для сброса оперативной памяти микроконтроллера U1 при первичном включении; C1 и C2 - конденсаторы для сглаживания помех по питанию микроконтроллера U1.
1
n
1
n
1÷n
пит
1÷n
1÷n
1
n
Каждое из устройств коммутации содержит: тактовую кнопку (SB÷SB); резистор (R÷R). При этом одними контактами тактовые кнопоки SB присоединены к выходу питания постоянного напряжения (Вых.). А другими контактами тактовые кнопки SB присоединены к входам (Вх.) независимых каналов микроконтроллера U1 и через соответствующие сопротивления (R÷R) - к земле.
1
n
1÷n
1÷n
Каждое из устройств индикации содержит: светодиод (VD÷VD); резистор . При этом катоды светодиодов VD присоединены к выходам (Вых.) соответствующих независимых каналов микроконтроллера U1, а их аноды через соответствующие сопротивления  - к земле.
Устройство управления яркостью светодиодного освещения может быть использовано совместно с источниками питания, имеющими специализированный вход для диммирования.
Устройство работает следующим образом.
упр
1÷n
упр.
1÷n
1÷n
1÷n
упр
упр
При включении в сеть источник питания 1 преобразует напряжение на входе в 5 вольт постоянного тока на выходе. После получения питания блоком регулировки 2 его микроконтроллер U1 начинает выполнять заложенную в нем программу. Программа микроконтроллера U1 предусматривает появление ШИМ сигнала определенной скважности на управляющем выходе Вых. блока регулировки 2. При замыкании цепи одной из кнопок 3 скважность ШИМ сигнала на управляющем выходе Вых. блока регулировки 2 изменится в соответствии с заложенным алгоритмом программы микроконтроллера U1. Одновременно с этим на независимых выходных каналах Вых. появляется сигнал, который запитывает определенное индикаторное устройство 4 При отключении питания и повторном включении и при отсутствии сигналов с устройств коммутации 3 на управляющем выходе Вых. формируется ШИМ сигнал со скважностью последнего сигнала перед выключением. ШИМ сигнал с управляющем выходе Вых. посредством клеммы K может быть передан драйверу светодиодов устройства светодиодного освещения.