СХЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ БАЛЛАСТОМ И СВЕТОДИОДОМ
DRIVER CIRCUIT BETWEEN ELECTROMAGNETIC BALLAST AND LIGHT-EMITTING DIODE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к схеме возбуждения для подключения электромагнитного балласта к осветительной схеме, содержащей один или более светодиодов. Изобретение также относится к устройству, содержащему схему возбуждения и дополнительно содержащему электромагнитный балласт и/или осветительную схему.
Примерами такой схемы возбуждения являются мостовые выпрямители. Примерами такого устройства являются электромагнитные балласты, лампы и их части.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При замене газоразрядных ламп, например люминесцентных ламп, осветительными схемами, содержащими один или более светодиодов, иногда электромагнитные балласты, необходимые для возбуждения газоразрядных ламп, нельзя заменять или удалять или не следует заменять или удалять. В этом случае, схема возбуждения, возможно, вызовет повреждение этого электромагнитного балласта, когда схема возбуждения возбуждает осветительную схему, содержащую один или более светодиодов.
В WO 2006/102355 A2 раскрыт преобразователь мощности для возбуждения, по меньшей мере, одного светодиода. Преобразователь мощности принимает переменный ток от источника питания и включает в себя фильтр электромагнитных помех (ФЭМП), выпрямитель и силовой блок. Силовой блок содержит защитную схему для защиты силового блока от сверхтока или условий короткого замыкания. Защитная схема не обеспечивает защиты электромагнитного балласта, который может быть подключен к входу выпрямителя или к входу фильтра электромагнитных помех.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является обеспечение усовершенствованной схемы возбуждения. Еще одной задачей изобретения является обеспечение усовершенствованного устройства.
Согласно первому аспекту, предусмотрена схема возбуждения для подключения электромагнитного балласта к осветительной схеме содержащая один или более светодиодов, причем схема возбуждения содержит
- мостовой выпрямитель, имеющий вход для обмена первым сигналом тока с электромагнитным балластом и выход для подачи второго сигнала тока на осветительную схему, и
- защитную схему для защиты электромагнитного балласта от получения одним или более параметрами первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение.
Благодаря снабжению схемы возбуждения, помимо выпрямительной схемы, защитной схемой, электромагнитный балласт защищается от получения параметром первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение.
Следует понимать, что получение параметром первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение, может вызывать повреждение электромагнитного балласта.
Основная идея состоит в том, что схема возбуждения должна быть снабжена защитной схемой для защиты электромагнитного балласта от получения параметром первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение.
Осветительная схема содержит один или более светодиодов любого вида и в любой комбинации.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что параметр является составляющей постоянного тока первого сигнала тока. Слишком большая составляющая постоянного тока или DC-составляющая в первом сигнале тока может приводить к насыщению и, таким образом, к перегреву электромагнитного балласта. Это может приводить к повреждению электромагнитного балласта и его окружения.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что мостовой выпрямитель содержит четыре первых диодных элемента, защитная схема содержит четыре вторых диодных элемента, причем соответствующие первые диодные элементы последовательно подключены к соответствующим вторым диодным элементам. Выпрямительная схема, состоящая из четырежды два или более последовательно соединенных диодных элемента, образует хорошую защиту от выхода из строя одного из диодных элементов, при котором он превращается в так называемый короткозамыкатель. Диодный элемент, который, в результате выхода из строя, превращается в короткозамыкатель, обладает слишком низким значением импеданса в своем запирающем направлении. В случае, когда один из последовательно соединенных диодных элементов обладает слишком низким значением импеданса в своем запирающем направлении, другой из последовательно соединенных диодных элементов будет сохранять свою нормальную импедансную характеристику и будет блокировать обратный ток. В результате, комбинация мостового выпрямителя и защитной схемы сохранит свою выпрямительную функцию. При этом первый и/или второй сигнал тока приобретет слегка асимметричную форму вследствие аномальной импедансной характеристики отказавшего диодного элемента, и, в результате, DC-составляющая в этом сигнале тока приобретет значение, чуть большее нуля, но это значение все еще будет не настолько велико, чтобы вызвать повреждение электромагнитного балласта.
Диодный элемент содержит диод, или стабилитрон, или транзистор, или его часть. В случае двух или более последовательно соединенных диодных элемента, каждый из них может содержать диод или стабилитрон или транзистор или его часть.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что параметр является средним значением выпрямленной версии первого сигнала тока. Слишком большое среднее значение выпрямленной версии первого сигнала тока может приводить к перегреву электромагнитного балласта. Это может приводить к повреждению электромагнитного балласта и его окружения. Среднее значение выпрямленного первого сигнала тока может представлять среднеквадратическое значение этого первого сигнала тока.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что защитная схема содержит детектор для детектирования среднего значения выпрямленной версии первого сигнала тока или среднего значения второго сигнала тока и содержит переключатель для прерывания второго сигнала тока в соответствии с результатом детектирования. Детектирование среднего значения второго сигнала тока является альтернативой детектированию среднего значения выпрямленной версии первого сигнала тока.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что параметр является пиковым значением первого сигнала тока. Слишком большое пиковое значение первого сигнала тока может приводить к перегреву электромагнитного балласта. Это может приводить к повреждению электромагнитного балласта и его окружения.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что защитная схема содержит детектор для детектирования пикового значения первого сигнала тока или пикового значения второго сигнала тока и содержит переключатель для прерывания второго сигнала тока в соответствии с результатом детектирования. Слишком большое пиковое значение первого и/или второго сигнала тока может быть обусловлено выходом из строя диодного элемента, при котором он превращается в так называемый разрыв. Диодный элемент, который, в результате выхода из строя, превращается в разрыв, обладает чрезмерно большим значением импеданса в своем проводящем направлении. Детектирование пикового значения второго сигнала тока является альтернативой детектированию пикового значения первого сигнала тока.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что детектор содержит последовательно соединенные резистор, диод и конденсатор, причем детектор дополнительно содержит компаратор для сравнения амплитуды сигнала напряжения, присутствующего на конденсаторе, с пороговым значением напряжения и для управления переключателем в соответствии с результатом сравнения. Это простой, недорогой и надежный детектор пикового значения.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что комбинация значения сопротивления резистора и значения емкости конденсатора позволяет определять время реакции детектора. Предпочтительно, время реакции должно быть короче заранее заданного интервала времени, например, одной секунды, или двух секунд, или пяти секунд, или десяти секунд и т.д.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что один или более параметров содержат первый параметр, второй параметр и третий параметр, причем первый параметр является составляющей постоянного тока первого сигнала тока, второй параметр является средним значением выпрямленной версии первого сигнала тока, и третий параметр является пиковым значением первого сигнала тока.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что мостовой выпрямитель содержит четыре первых диодных элемента, защитная схема содержит четыре вторых диодных элемента, причем соответствующие первые диодные элементы последовательно подключены к соответствующим вторым диодным элементам, защитная схема дополнительно содержит один или более детекторов для детектирования среднего значения выпрямленной версии первого сигнала тока или среднего значения второго сигнала тока и для детектирования пикового значения первого сигнала тока или пикового значения второго сигнала тока, и дополнительно содержит переключатель для прерывания второго сигнала тока в соответствии с одним или более результатами детектирования.
Вариант осуществления схемы возбуждения определяется тем, что параметр является среднеквадратическим значением первого сигнала тока. Слишком большое среднеквадратическое значение первого сигнала тока может приводить к насыщению и, таким образом, к перегреву электромагнитного балласта. Это может приводить к повреждению электромагнитного балласта и его окружения. В этом случае защитная схема может быть снабжена детектором для детектирования среднеквадратического значения первого сигнала тока или среднеквадратического значения второго сигнала тока и переключателем для прерывания второго сигнала тока в соответствии с результатом детектирования.
Согласно второму аспекту, предусмотрено устройство, содержащее схему возбуждения и дополнительно содержащее электромагнитный балласт и/или осветительную схему.
Задача обеспечения усовершенствованной схемы возбуждения решена. Дополнительное преимущество может состоять в том, что схема возбуждения является простой, недорогой и надежной.
Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и поясняются со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В чертежах:
фиг. 1 демонстрирует вариант осуществления схемы возбуждения,
фиг. 2 демонстрирует вариант осуществления детектора пикового значения,
фиг. 3 демонстрирует формы волны в нормальном состоянии, и
фиг. 4 демонстрирует формы волны в состоянии отказа.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан вариант осуществления схемы 1 возбуждения. Схема 1 возбуждения выполнена с возможностью подключения электромагнитного балласта 2, например пассивного балласта, который содержит, например, последовательный дроссель, к осветительной схеме 3, которая содержит один или более светодиодов. Схема 1 возбуждения содержит мостовой выпрямитель 11-14, имеющий вход для обмена первым сигналом тока с электромагнитным балластом 2 и выход для подачи второго сигнала тока на осветительную схему 3. Схема 1 возбуждения дополнительно содержит защитную схему 21-24, 25-27 для защиты электромагнитного балласта 2 от получения параметром первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение.
Таким образом, первый входной разъем схемы 1 возбуждения подключен к первому выходному разъему электромагнитного балласта 2, причем первый выходной разъем подключен, например, к последовательному дросселю. Первый входной разъем схемы 1 возбуждения подключен к первому последовательному соединению двух диодных элементов 21 и 11 (его аноду), и к третьему последовательному соединению двух диодных элементов 23 и 13 (его катоду). Второй входной разъем схемы 1 возбуждения подключен ко второму выходному разъему электромагнитного балласта 2. Второй входной разъем схемы 1 возбуждения подключен ко второму последовательному соединению двух диодных элементов 22 и 12 (его аноду), и к четвертому последовательному соединению двух диодных элементов 24 и 14 (его катоду).
Диодные элементы 11 и 12 (их катоды) подключены друг к другу и к первому главному контакту переключателя 27, в данном случае, к первому главному электроду транзистора. Диодные элементы 13 и 14 (их аноды) подключены друг к другу и к первой стороне резистора 29 и к входам детектора 25 среднего значения и детектора 26 пикового значения. Другая сторона резистора 29 подключена к земле. Выходы детекторов 25 и 26 подключены к входам объединительной схемы 28, например, вентиля ИЛИ, который выдает сигнал управления на управляющий контакт переключателя 27, в данном случае управляющий электрод транзистора. Второй главный контакт переключателя 27, в данном случае, второй главный электрод транзистора, подключен к аноду диода 32 и к первому главному контакту дополнительного переключателя 31, в данном случае, первому главному электроду дополнительного транзистора. Второй главный контакт дополнительного переключателя 31, в данном случае, второй главный электрод дополнительного транзистора, подключен к земле. Катод диода 32 образует первый выходной разъем схемы 1 возбуждения и подключен к одной стороне конденсатора 33 и к первому входному разъему осветительной схемы 3. Другая сторона конденсатора 33 образует второй выходной разъем схемы 1 возбуждения и подключен к земле и ко второму входному разъему осветительной схемы 3.
В первом случае, когда требуется защита от получения параметром в форме составляющей постоянного тока первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение, в схеме 1 возбуждения диодные элементы 11-14 и 21-24 присутствуют, и все остальные элементы 25-29 можно опустить. В случае, когда один из диодных элементов 11-14 обладает слишком низким значением импеданса в своем запирающем направлении (стал так называемым короткозамыкателем), другой из диодных элементов 21-24 в том же последовательном соединении будет сохранять свою нормальную импедансную характеристику, и, в результате, комбинация мостового выпрямителя 11-14 и защитной схемы 21-24 сохраняет свою выпрямительную функцию. При этом первый и/или второй сигнал тока приобретет слегка асимметричную форму, и, в результате, составляющая постоянного тока или DC-составляющая в этом сигнале тока приобретет значение, чуть большее нуля, но это значение все еще будет не настолько велико, чтобы вызвать повреждение электромагнитного балласта 2.
DC-составляющая в сигнале тока будет, например, в сто раз меньше в случае, когда один из восьми диодных элементов становится короткозамыкателем, по сравнению со случаем, когда один из четырех диодных элементов становится короткозамыкателем в традиционной выпрямительной схеме.
Во втором случае, когда требуется защита от получения параметром в форме среднего значения выпрямленной версии первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение, в схеме 1 возбуждения диодные элементы 11-14 (или 21-24) присутствуют, и детектор 25 среднего значения, переключатель 27 и, например, резистор 29 присутствуют. На резисторе 29 присутствует сигнал напряжения, который позволяет детектору 25 среднего значения осуществлять детектирование, но специалист в данной области техники может предложить многочисленные другие альтернативы такому резистору. Так, в этом случае, защитная схема 25, 27 содержит детектор 25 для детектирования среднего значения второго сигнала тока, и это детектирование является альтернативой детектированию среднего значения выпрямленной версии первого сигнала тока, и содержит переключатель 27 для прерывания второго сигнала тока в соответствии с результатом детектирования.
В третьем случае, когда требуется защита от получения параметром в форме пикового значения первого сигнала тока значения, превышающего пороговое значение, в схеме 1 возбуждения диодные элементы 11-14 (или 21-24) присутствуют, и детектор 26 пикового значения, переключатель 27 и, например, резистор 29 присутствуют. На резисторе 29 присутствует сигнал напряжения, который позволяет детектору 26 пикового значения осуществлять детектирование, но специалист в данной области техники может предложить многочисленные другие альтернативы такому резистору. Так, в этом случае, защитная схема 26, 27 содержит детектор 26 для детектирования пикового значения второго сигнала тока, и это детектирование является альтернативой детектированию пикового значения первого сигнала тока, и содержит переключатель 27 для прерывания второго сигнала тока в соответствии с результатом детектирования.
Пиковое значение сигнала тока становится чрезмерно высоким в случае, когда один из диодных элементов имеет слишком высокое значение импеданса в своем проводящем направлении (становится так называемым разрывом).
Дополнительный переключатель 31 позволяет управлять величиной мощности, подаваемой на осветительную схему 3. Таким образом, в непроводящем состоянии дополнительного переключателя 31, второй сигнал тока течет через диод 32 на осветительную схему 3 и также используется для зарядки конденсатора 33. В проводящем состоянии дополнительного переключателя 31, второй сигнал тока течет через этот дополнительный переключатель 31 на землю, и осветительная схема 3 получает свою мощность только от заряженного конденсатора 33. Диод 32 препятствует разряду этого конденсатора 33 через проводящий дополнительный переключатель 31. Специалист в данной области техники должен понимать, как управлять таким дополнительным переключателем 31. Альтернативно, некоторые или все из элементов 31-33 могут составлять часть осветительной схемы 3.
В качестве альтернативы детектированию среднего значения выпрямленной версии первого сигнала тока или среднего значения второго сигнала тока, можно детектировать среднеквадратическое значение первого или второго сигнала тока. Однако среднеквадратические детекторы (в настоящее время) довольно сложны и довольно дороги. Детекторы среднего значения, например, RC-фильтры сравнительно просты и сравнительно дешевы.
На фиг. 2 показан вариант осуществления детектора 26 пикового значения. Детектор 26 содержит последовательно соединенные резистор 41, диод 42 и конденсатор 43, и дополнительно содержит компаратор 44 для сравнения амплитуды сигнала напряжения, присутствующего на конденсаторе 43, с пороговым значением напряжения, генерируемого источником 45, и для управления переключателем 27 в соответствии с результатом сравнения. Предпочтительно, комбинация значения сопротивления резистора 41 и значения емкости конденсатора 43 позволяет задавать время реакции детектора 26.
Диодный элемент содержит диод, или стабилитрон, или транзистор, или его часть. Каждый из двух или более последовательно соединенных диодных элементов может содержать диод, или стабилитрон, или транзистор, или его часть. Каждый переключатель 27, 31 может представлять собой транзистор или переключатель любого другого рода. Детекторы 25 и 26 можно объединять, возможно, с помощью объединительной схемы 28. В случае использования только одного детектора 25, 26, объединительная схема 28 не нужна. Специалист в данной области техники может предложить многочисленные альтернативы объединительной схемы и многочисленные варианты осуществления для детекторов 25 и 26.
На фиг. 3 показаны формы волны для нормального состояния. Верхний график: первый сигнал тока. Нижний график: второй сигнал тока. По вертикальной оси отложен ток от -1 до 1 А. По горизонтальной оси отложено время от 0 до 33,3 мс.
На фиг. 4 показаны формы волны для состояния отказа (один диодный элемент стал разрывом - детектор 26 пикового значения управляет переключатель 27 для прерывания второго сигнала тока). Верхний график: первый сигнал тока. Нижний график: второй сигнал тока. По вертикальной оси отложен ток от -1 до 1 А. По горизонтальной оси отложено время от 0 до 33,3 мс.
В итоге, для защиты электромагнитных балластов 2 от повреждения, схемы 1 возбуждения для подключения электромагнитных балластов 2 к осветительным схемам 3, содержащим светодиоды, снабжены мостовыми выпрямителями 11-14 для обмена первыми сигналами тока с электромагнитными балластами 2 и для подачи вторых сигналов тока на осветительные схемы 3, и защитными схемами 21-24, 25-27 для защиты электромагнитных балластов 3 от получения параметрами первых сигналов тока значений, превышающих пороговые значения. Параметры могут представлять собой составляющие постоянного тока первых сигналов тока и могут представлять собой средние значения выпрямленных версий первых сигналов тока/пиковые значения первых сигналов тока. Мостовые выпрямители 11-14 могут содержать первые диодные элементы. Защитные схемы 21-24, 25-27 могут содержать вторые диодные элементы, последовательно подключенные к первым диодным элементам. Защитная схема может содержать детекторы 25 среднего значения/детекторы 26 пикового значения, и может содержать переключатели 27 для прерывания вторых сигналов тока в соответствии с результатами детектирования.
Хотя изобретение проиллюстрировано и подробно описано в чертежах и вышеприведенном описании, такие иллюстрация и описание следует рассматривать в порядке иллюстрации или примера, но не ограничения; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Специалисты в данной области техники могут понять и осуществить при практической реализации заявленного изобретения другие разновидности раскрытых вариантов осуществления, изучив чертежи, раскрытие и зависимые пункты формулы изобретения. В формуле изобретения, слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, и употребление их наименований в единственном числе не исключает наличия их множества. Лишь тот факт, что определенные меры упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах, не говорит о том, что нельзя выгодно использовать комбинацию этих мер. Никакие ссылочные позиции в нижеследующей формуле изобретения не следует рассматривать в порядке ограничения ее объема.