СИД УСТРОЙСТВО ОСВЕЩЕНИЯ С ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ЦВЕТОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
LED LIGHTING DEVICE WITH CHARACTERISTIC OF COLOUR TEMPERATURE OF INCANDESCENT LAMP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к устройству освещения, содержащему множество СИДов в качестве источников света и имеющему только два вывода для получения питания, а точнее говоря к СИД устройству освещения, имеющему характеристику цветовой температуры лампы накаливания при уменьшении яркости. Изобретение дополнительно относится к комплекту деталей, содержащему СИД устройство освещения и устройство затемнения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Традиционная электрическая лампочка является примером устройства освещения, содержащего источник света, то есть нить накала, имеющую два вывода для получения питания. Когда напряжение подается на такую электрическую лампочку, через нить накала течет ток. Температура нити накала поднимается из-за омического (джоулева) нагрева. Нить накала создает свет, обладающий цветовой температурой, имеющей отношение к температуре нити накала, которая может рассматриваться как абсолютно черное тело. Обычно лампа имеет номинальный режим, соответствующий номинальной мощности лампы при номинальном напряжении лампы, например 230 В переменного тока в Европе, и соответствующий некоторому номинальному цвету излученного света.
За многие десятилетия люди привыкли к свету ламп накаливания разных мощностей. Свет лампы накаливания обеспечивает общее ощущение благополучия. Как правило, чем меньше мощность лампы накаливания, тем ниже цветовая температура света, излученного этой лампой. В качестве исследования человеческое восприятие света "теплее", когда цветовая температура ниже. С одной и той же лампой накаливания, чем ниже мощность, подаваемая на лампу, что происходит, когда лампа затемняется, тем ниже цветовая температура излученного света.
Уже известно, что можно затемнить лампу, то есть уменьшить световой выход. Это выполняется путем уменьшения средней мощности лампы с помощью уменьшения среднего напряжения лампы, например с помощью фазовой отсечки. В результате также уменьшается температура нити накала, и, следовательно, цвет излученного света меняется на более низкую цветовую температуру. Например, в стандартной лампе накаливания, имеющей номинальный режим 60 Вт, цветовая температура составляет около 2700 K, когда лампа работает на 100% светового выхода, тогда как цветовая температура снижается примерно до 1700 K, когда лампа затемняется до 4% светового выхода. Как общеизвестно специалисту в данной области техники, цветовая температура идет по линии традиционного абсолютно черного тела на цветовом графике. Более низкая цветовая температура соответствует более красноватому ощущению, и это ассоциируется с более теплой, более уютной и приятной атмосферой.
Относительно недавней тенденцией является замена источников света от ламп накаливания устройствами освещения на основе СИД источников света в связи с тем, что СИДы более эффективны в преобразовании электрической энергии в свет и обладают большим сроком службы. Такое устройство освещения содержит, кроме фактического СИД источника (источников) света, драйвер, который получает напряжение сети, предназначенное для приведения в действие лампы накаливания, и преобразует входное напряжение сети в рабочий ток СИДа. СИДы предназначены для обеспечения номинального светового выхода, когда приводятся в действие постоянным током, имеющим номинальную величину. СИД также может затемняться. Это может выполняться путем уменьшения величины тока, но обычно это приводит к изменению цвета светового выхода. Чтобы поддерживать цветовую температуру созданного света как можно более постоянной, затемнение СИДа обычно выполняется с помощью широтно-импульсной модуляции, также обозначенное как затемнение рабочего цикла, где ток СИДа включается и выключается с относительно высокой частотой, где величина тока в периодах замыкания равна номинальной расчетной величине и где отношение между временем включения и периодом переключения определяет световой выход.
Желательно иметь устройство освещения, имеющее один или несколько СИДов в качестве источника света, в котором имитируется режим затемнения традиционной лампы накаливания, так что при затемнении цветовая температура выведенного света также следует траектории (предпочтительно близкой к линии абсолютно черного тела) от более высокой цветовой температуры к более низкой температуре.
Уже предложены устройства освещения, допускающие такие функциональные возможности, например в WO 2008/084771 или в US 2006/0273331. Такие устройства известного уровня техники содержат по меньшей мере два СИДа взаимно разных цветов, причем каждый снабжен соответствующим источником тока, и интеллектуальное управляющее устройство, например микропроцессор, управляющий отдельными источниками тока для изменения относительных световых выходов у соответствующих СИДов.
WO 2008/084771 раскрывает светоизлучающее устройство, которое может излучать свет произвольной цветовой температуры, и способ для приведения в действие светоизлучающего устройства. Светоизлучающее устройство содержит одно и другое СИД устройства, подключенные параллельно, чтобы иметь обратные полярности, и источник питания постоянного тока, допускающий инверсию полярности. Цветовая температура одного СИД устройства устанавливается выше, чем у другого СИД устройства.
Устройство, известное из US 2006/0273331, получает сигнал входного напряжения, который переносит мощность и управляющий сигнал. В устройстве управляющий сигнал извлекается из входного сигнала и передается в интеллектуальное управляющее устройство, которое управляет отдельными источниками тока на основе принятых управляющих данных. Путем изменения отношения между соответствующими световыми выходами относительные вклады в общий световой выход изменяются, и поэтому изменяется общий цвет общего светового выхода, который воспринимается наблюдателем. Поэтому такое устройство освещения требует отдельного управляющего входного сигнала.
В СИД устройствах освещения можно получить характеристику цветовой температуры СИД света, которая в условиях затемнения аналогична таковой у лампы накаливания, но до сих пор только за счет расширенного регулирования тока, например которое известно из DE10230105. Необходимость добавления средств управления в СИД устройство освещения для нужной характеристики цветовой температуры увеличивает количество компонентов, увеличивает сложность устройства освещения и увеличивает стоимость. Эти результаты нежелательны.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение имеет целью предоставить схему СИДа для такого СИД устройства освещения и СИД устройство освещения, содержащее такую схему СИДа, в котором интеллектуальное управление можно исключить и в котором можно исключить датчик обратной связи.
Было бы желательно предоставить СИД устройство освещения, имеющее характеристику цветовой температуры при уменьшении яркости, аналогичную или стремящуюся к характеристике цветовой температуры у лампы накаливания при уменьшении яркости. Также было бы желательно предоставить СИД устройство освещения, имеющее характеристику цветовой температуры лампы накаливания при уменьшении яркости, без необходимости расширенного управления.
Чтобы лучше решить одну или несколько этих проблем, в одной особенности изобретения предоставляется СИД устройство освещения, содержащее драйвер СИДа, допускающий формирование уменьшенного тока СИДа, и СИД модуль с двумя выводами, имеющий две входные клеммы для получения входного тока от драйвера СИДа. СИД модуль содержит первую группу СИДов, содержащую по меньшей мере один СИД первого типа для выработки света, имеющего первую цветовую температуру, и вторую группу СИДов, содержащую по меньшей мере один СИД второго типа для выработки света, имеющего вторую цветовую температуру, отличную от первой цветовой температуры. СИД модуль допускает подачу токов СИДов в группы СИДов, причем эти токи СИДов получаются из входного тока. СИД модуль создает световой выход, имеющий по меньшей мере вклады светового выхода от первой группы СИДов и от второй группы СИДов. СИД модуль спроектирован для изменения отдельных токов СИДов в отдельных группах СИДов в зависимости от средней величины полученного входного тока так, что цветовая точка светового выхода у модуля меняется в зависимости от величины входного тока. СИД модуль содержит электронную схему деления, допускающую управление токами СИДов в упомянутой первой и второй группах СИДов в зависимости от уровня входного тока, полученного на входе СИД модуля.
В соответствии с особенностью настоящего изобретения, СИД устройство освещения содержит один источник тока с регулируемой яркостью и СИД модуль, принимающий ток от источника тока. СИД модуль работает как нагрузка для источника тока, аналогично массиву, состоящему только из СИДов. В СИД модуле электронная схема измеряет величину тока у входного тока и распределяет ток разным СИД участкам в СИД модуле на основе измеренной величины тока. В источнике тока не нужно никакого интеллектуального регулирования тока.
В одной особенности изобретения предоставляется СИД устройство освещения, содержащее множество СИДов и два вывода для подачи тока в устройство освещения. Устройство освещения содержит первый набор по меньшей мере из одного СИДа первого типа, вырабатывающего свет, имеющий первую цветовую температуру, и второй набор по меньшей мере из одного СИДа второго типа, вырабатывающего свет, имеющий вторую цветовую температуру, отличную от первой цветовой температуры. Первый набор и второй набор подключаются последовательно или параллельно между выводами. Устройство освещения конфигурируется для создания света с цветовой точкой, меняющейся в соответствии с кривой черного тела при изменении среднего тока, поданного на выводы.
Характеристика цветовой температуры лампы накаливания может описываться следующим соотношением:
<mrow><mi>C</mi><mi>T</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>C</mi><mi>T</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>*</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>x</mi><mo>/</mo><mn>100</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>9.5</mn></mrow></mfrac></mrow></msup></mrow>
где CT(100%) - цветовая температура света на полной мощности лампы (100% тока), CT(x%) - цветовая температура света при затемнении x% лампы (x% тока, причем 0<x<100).
В варианте осуществления первый набор имеет меняющийся первый выход светового потока в зависимости от температуры перехода СИДа первого типа, а второй набор имеет меняющийся второй выход светового потока в зависимости от температуры перехода СИДа второго типа, и где при меняющихся температурах перехода меняется отношение первого выхода светового потока ко второму выходу светового потока. В частности, когда первая цветовая температура ниже второй цветовой температуры, устройство освещения конфигурируется так, что при уменьшении температур перехода отношение первого выхода светового потока ко второму выходу светового потока увеличивается, и наоборот. В такой конфигурации, например, подключив первый набор последовательно ко второму набору, первый выход светового потока увеличивается относительно второго выхода потока, когда устройство освещения затемняется, посредством этого вырабатывая свет, имеющий более низкую цветовую температуру.
В варианте осуществления первый набор имеет первое резонансное электрическое сопротивление, а второй набор имеет второе резонансное электрическое сопротивление. Когда, например, первый набор подключается параллельно второму набору, получаются разные выходы световых потоков у первого набора и второго набора, что может быть предназначено для создания света, имеющего более низкую цветовую температуру при уменьшении яркости.
В другой особенности настоящего изобретения предоставляется комплект деталей освещения, содержащий регулятор освещения, имеющий входные клеммы, приспособленные для подключения к источнику электропитания, и имеющий выходные клеммы, приспособленные для предоставления переменной электрической энергии. Вариант осуществления устройства освещения в соответствии с настоящим изобретением имеет выводы, сконфигурированные для подключения к выходным клеммам регулятора освещения.
Дополнительные полезные разработки упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие особенности, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно объяснены с помощью нижеследующего описания одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые номера ссылок указывают на одинаковые либо похожие части и на которых:
Фиг.1A-1D - блок-схемы, схематически иллюстрирующие настоящее изобретение;
Фиг.2А и 2В - графики, иллюстрирующие характеристику распределения тока у схемы деления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.3А - схема, иллюстрирующая первый возможный вариант осуществления схемы деления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.3В - схема, иллюстрирующая разновидность первого возможного варианта осуществления схемы деления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.4А - схема, иллюстрирующая второй возможный вариант осуществления схемы деления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.4В - схема, иллюстрирующая третий возможный вариант осуществления схемы деления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.5 - схема, иллюстрирующая четвертый возможный вариант осуществления схемы деления в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.6 - изображает СИД устройство освещения в пятом варианте осуществления настоящего изобретения, питаемое источником тока;
Фиг.7 - иллюстрирует соотношения между световым потоком и температурой для разных типов СИДов;
Фиг.8 - иллюстрирует дополнительные соотношения между световым потоком и температурой для разных типов СИДов;
Фиг.9 - иллюстрирует соотношение между коэффициентом светового потока и коэффициентом затемнения для разных типов СИДов;
Фиг.10 - изображает СИД устройство освещения в шестом варианте осуществления настоящего изобретения, питаемое источником тока;
Фиг.11 - иллюстрирует соотношения между током СИДа и прямым напряжением для разных типов СИДов, а также отношение тока через первый и второй наборы СИДов из фиг.10.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1А схематически показывает устройство 10 освещения, имеющее шнур 11 питания и вилку 12, подключенную к настенной розетке 8, которая получает уменьшенное напряжение сети от регулятора 9 освещения, подключенного к питающей сети M, например, 230 В переменного тока при 50 Гц в Европе. Отметим, что вместо настенной розетки 8 и вилки 12 устройство 10 освещения также может подключаться напрямую посредством жесткой разводки. Традиционно устройство 10 освещения содержит одну или несколько ламп накаливания.
Фиг.1В в левой стороне показывает традиционную компоновку устройства 10 освещения, имеющего СИДы в качестве источника света. Такое устройство содержит драйвер 101, который формирует ток для массива 102 СИДов. Драйвер 101 имеет входные клеммы 103 для получения мощности от сети. В традиционных системах драйвер может только включаться или выключаться. В более сложной системе драйвер 101 приспособлен для получения уменьшенного напряжения сети от регулятора 9 освещения и формирования импульсного выходного тока для СИДов, причем амплитуда импульса равна уровню номинального тока, тогда как уровень среднего тока снижается на основе информации о затемнении, содержащейся в уменьшенном напряжении сети. В правой стороне фиг.1В показывает устройство 100 освещения в соответствии с настоящим изобретением, в котором массив 102 СИДов заменяется СИД модулем 110; как видно из драйвера 101, СИД 110 модуль работает как массив СИДов, то есть нагрузочные характеристики СИД модуля такие же или аналогичны нагрузочным характеристикам массива СИДов.
Фиг.1С - блок-схема, схематически иллюстрирующая основную идею СИД модуля 110 в соответствии с настоящим изобретением. Модуль 110 имеет две входные клеммы 111, 112 для получения тока СИДа от драйвера 101. Модуль 110 содержит по меньшей мере два массива 113, 114 СИДов. Каждый массив СИДов может состоять из одного единственного СИДа или может содержать два или более СИДов. В случае массива СИДов, содержащего множество СИДов, такие СИДы могут быть подключены последовательно, но также возможно подключить СИДы параллельно. Кроме того, в случае массива СИДов, содержащего множество СИДов, такие СИДы все могут иметь одинаковый тип и/или одинаковый цвет, но также возможно, что множество включает в себя СИДы взаимно разных цветов. Видно, что на схематическом изображении фиг.1С показаны только два массива СИДов, однако отметим, что СИД модуль может содержать более двух массивов СИДов. Дополнительно отметим, что такие массивы могут подключаться последовательно и/или параллельно. Модуль 110 дополнительно содержит схему 115 деления, предоставляющую ток возбуждения массивам 113, 114 СИДов, причем эти токи возбуждения получаются из входного тока СИДа, который принят от драйвера 101. Схема 115 деления снабжается датчиком 116 тока, измеряющим входной ток СИДа и предоставляющим схеме 115 деления информацию, представляющую мгновенный средний входной ток. Этот датчик 116 может быть отдельным датчиком, внешним по отношению к схеме 115 деления, как показано, однако он также может быть неотъемлемой частью схемы 115 деления. Величины отдельных токов возбуждения для соответствующих массивов 113, 114 СИДов зависят от мгновенного среднего входного тока, а конкретнее отношение между отдельными токами возбуждения в соответствующих массивах 113, 114 СИДов зависит от мгновенного среднего входного тока. С этой целью схема 115 деления может снабжаться запоминающим устройством 117, либо внешним по отношению к схеме 115 деления, как показано, либо как неотъемлемая часть схемы 115 деления, содержащим информацию, задающую соотношение между полным входным током и отношением распределения тока. Информация может быть в виде, например, функции или справочной таблицы, где схема 115 деления включает в себя интеллектуальное средство управления, например микропроцессор. Однако в рентабельном варианте осуществления, предпочтительном в настоящем изобретении, схема 115 деления состоит из электронной схемы с пассивными и/или активными электронными компонентами, питаемыми падением напряжения на СИДах, и функция запоминающего устройства реализуется в исполнении электронной схемы.
Фиг.2А и 2В - графики, иллюстрирующие пример характеристики распределения тока у возможного варианта осуществления схемы 115 деления, где применяются формулы I1=p∙Iin и I2=q∙Iin, причем I1 обозначает ток в первых СИДах (белые), а I2 обозначает ток во вторых СИДах (желтые). Пренебрегая потребляемым током в самой схеме деления, p+q=1 постоянно. Горизонтальная ось представляет входной ток Iin, полученный от драйвера 101. Вертикальная ось представляет выходной ток, предоставленный массивам 113, 114 СИДов. Предположим, что СИДы в одной строке, например первой строке 113, являются белыми СИДами и что СИДы в другой строке являются желтыми СИДами. Кривая W представляет ток в белых СИДах, а кривая A представляет ток в желтых СИДах. Фиг.2А иллюстрирует линейную характеристику, тогда как фиг.2А иллюстрирует пример нелинейной характеристики; должно быть понятно, что также возможны другие варианты осуществления. Во всех случаях сумма токов в обеих строках почти равна входному току Iin, представленному прямой линией, хотя сама схема деления также может потреблять небольшую величину тока, но этим пренебрегают для обсуждения. Фигуры показывают, что когда входной ток Iin максимален, весь ток идет на белые СИДы, а желтые СИДы выключены. Когда входной ток Iin снижается, процент тока в белых СИДах снижается, а ток через желтые СИДы увеличивается. После некоторого уровня входного тока весь ток идет на желтые СИДы, а белые СИДы выключены. Поскольку цветовая точка выведенного света определяется общим вкладом всех СИДов во всех строках, должно быть понятно, что цветовая точка является белой, когда входной ток Iin максимален, и что цветовая точка становится теплее с уменьшающимся входным током.
В более общем смысле, когда Iin равен нулю или близок к нулю, p равно минимальному значению Pmin, которое может быть равно нулю, а q равно максимальному значению Qmax, которое может быть равно единице. Когда Iin находится на заранее установленном номинальном (или максимальном) уровне, q равно минимальному значению Qmin, которое может быть равно нулю, а p равно максимальному значению Pmax, которое может быть равно единице. Имеется по меньшей мере диапазон входных токов, где dp/d(Iin) всегда положительно, а dq/d(Iin) всегда отрицательно. Может существовать диапазон входных токов, где p и q постоянны. Может существовать диапазон входных токов, где p=0. Может существовать диапазон входных токов, где q=0.
В соответствии с настоящим изобретением важным вопросом является то, что схема деления допускает индивидуальное изменение тока по меньшей мере в одном массиве СИДов. Существует несколько возможных способов для выполнения этого. Например, может быть так, что два массива 113, 114 размещаются параллельно и что входной ток делится на первую часть, идущую в первый массив 113, и вторую часть, идущую во второй массив 114, как проиллюстрировано на фиг.1D. Сумма первой и второй части всегда может быть равна входному току. Разделение тока может выполняться на основе величины, чтобы каждый массив получал постоянный ток, но все же с переменной величиной; это может достигаться, например, если схема деления содержит по меньшей мере одно управляемое сопротивление или по меньшей мере один управляемый источник тока последовательно с рассматриваемым массивом СИДов. Разделение тока также может выполняться на временной основе, чтобы каждый массив получал импульсы тока с постоянной величиной, но все же с переменной длительностью импульса; это может достигаться, например, если схема деления содержит по меньшей мере один управляемый переключатель последовательно с массивом СИДов. Может быть так, что третья нагрузка (например, резистор) используется для рассеивания третьей части входного тока в обход массива СИДов. Может быть так, что одна часть тока поддерживается постоянной.
Нижеследующее содержит пояснительные примеры типовых реализаций, воплощающих настоящее изобретение, однако отметим, что эти примеры не считаются ограничивающими изобретение. Отметим, что в дальнейшем будет показан только СИД модуль; драйвер 101 будет пропущен для простоты, поскольку драйвер 101 может быть реализован стандартным драйвером СИДа.
Фиг.3А - схема, иллюстрирующая первый возможный вариант осуществления схемы 115 деления. Этот вариант осуществления СИД модуля будет указываться номером 300 ссылки и его схема деления будет указываться номером 315 ссылки. Схема 315 деления содержит операционный усилитель 310 и транзистор 320, имеющий вывод базы, соединенный с выходом операционного усилителя 310, по возможности через не показанный резистор. Операционный усилитель 310 имеет неинвертирующий вход 301, установленный на уровне опорного напряжения, определенном делителем 330 напряжения, состоящим из последовательного расположения двух резисторов 331, 332, подключенных между входными клеммами 111, 112, при этом упомянутый неинвертирующий вход 301 соединен с узлом между двумя упомянутыми резисторами 331, 332. СИД модуль 300 дополнительно содержит строку из трех белых СИДов 341, 342, 343, размещенных последовательно между входными клеммами 111, 112, причем резистор действует в качестве датчика 350 тока, размещенного последовательно со строкой белых СИДов. Резистор 360 обратной связи имеет один вывод, подключенный к узлу между резистором/датчиком 350 тока и строкой белых СИДов 341, 342, 343, и имеет второй вывод, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя 310. Транзистор 320 имеет вывод излучателя, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя 310. Вывод коллектора у транзистора 320 подключен к месту в строке 341, 342, 343 СИДов, в этом случае к узлу между первым СИДом 341 и вторым СИДом 342, с желтым СИДом 371 в этой линии коллектора.
Таким образом, в показанном варианте осуществления тракт коллектор-излучатель у транзистора 320 подключен параллельно к части строки белых СИДов 341, 342, 343; это может рассматриваться как образующее всего три строки, причем одна строка содержит два белых СИДа 342, 343 параллельно строке, содержащей один желтый СИД 371, и эти две строки подключаются последовательно к третьей строке, содержащей один белый СИД 341. В качестве альтернативы тракт коллектор-излучатель у транзистора 320 мог бы подключаться параллельно ко всей строке белых СИДов 341, 342, 343, и в этом случае было бы только две строки. В примере имеется три белых СИДа 341, 342, 343 последовательно, но их могло бы быть два, или четыре, или больше. В этом примере линия коллектора содержит только один желтый СИД, но эта линия могла бы содержать последовательное расположение двух или более желтых СИДов. Вообще предпочтительно, чтобы количество желтых СИДов, подключенных последовательно в линии коллектора, было меньше количества последовательно подключенных белых СИДов в строке, параллельной тракту коллектор-излучатель у транзистора 320.
Работа выглядит следующим образом. С увеличивающимся входным током падение напряжения на резисторе/датчике 350 тока растет, соответственно, растет напряжение между входными клеммами 111, 112, соответственно, растет напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя. Так как падение напряжения на строке белых СИДов 341, 342, 343 практически постоянно, подъем напряжения между входными клеммами 111, 112 практически равен росту падения напряжения на резисторе/датчике 350 тока, тогда как подъем напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя меньше подъема напряжения между входными клеммами 111, 112, причем отношение задается резисторами 331, 332 в делителе 320 напряжения. Таким образом, падение напряжения на резисторе 360 обратной связи следует уменьшить и поэтому уменьшается ток в тракте коллектор-излучатель у транзистора 320.
Фиг.3В - схема, иллюстрирующая второй возможный вариант осуществления схемы 115 деления. Этот вариант осуществления СИД модуля будет указываться номером 400 ссылки, и его схема деления будет указываться номером 415 ссылки. Схема 415 деления практически идентична схеме 315 деления за исключением того, что операционный усилитель 310 имеет неинвертирующий вход 301, выставленный на уровне опорного напряжения Vref, определенном источником 430 опорного напряжения, предоставляющим опорное напряжение, например 200 мВ, тогда как дополнительно вывод базы у транзистора 320 соединяется с положительной входной клеммой 111 через резистор 440. Одним важным преимуществом этой схемы 415 деления перед схемой 315 деления из фиг.3А является то, что она более устойчива, то есть менее чувствительна к изменениям прямых напряжений отдельных СИДов. Работа сопоставима: при увеличении входного тока падение напряжения на резисторе/датчике 350 тока повышается, соответственно, растет напряжение на инвертирующем входе 302 операционного усилителя, снижая напряжение базы транзистора и поэтому снижая ток в тракте коллектор-излучатель у транзистора 320.
Фиг.4А - блок-схема, сопоставимая с фиг.1D, иллюстрирующая второй вариант осуществления СИД модуля 500, где входной ток Iin делится между двумя строками 113, 114 СИДов на временной основе. Схема деления в этом варианте осуществления будет указана номером 515 ссылки. Модуль 500 содержит управляемый переключатель 501, имеющий входную клемму, получающую входной ток Iin, и имеющий две выходные клеммы, соединенные со строками 113, 114 СИДов соответственно. Управляемый переключатель 501 имеет два режима эксплуатации: режим, где первая выходная клемма подключается к его входной клемме, и режим, где вторая выходная клемма подключается к его входной клемме. Схема 520 управления управляет управляемым переключателем 501 для переключения между этими двумя режимами эксплуатации с относительно высокой частотой. Таким образом, каждая строка 113, 114 СИДов получает импульсы тока, имеющие некоторую длительность t1, t2 соответственно, причем импульсы тока имеют амплитуду Iin. Если период переключения указывается как T, то отношение t1/T определяет средний ток в первой строке 113 СИДов, а отношение t2/T определяет средний ток во второй строке 114 СИДов, причем t1+t2=T. Схема 520 управления задает рабочий цикл (или отношение t1/t2) на основе входного тока Iin, который измерен датчиком 116 тока: если уровень входного тока Iin уменьшается, t1 уменьшается, а t2 увеличивается, чтобы средний световой выход у первой строки 113 СИДов (например, белой) уменьшался, а средний световой выход у второй строки 114 СИДов (например, желтой) увеличивался.
Фиг.4В - блок-схема, иллюстрирующая третий вариант осуществления СИД модуля 600, где величина тока во второй группе 114 СИДов (например, желтой) управляется вольтодобавочным преобразователем 601 тока, подключенным параллельно первой группе 113 СИДов (например, белой). Схема деления в этом варианте осуществления будет указана номером 615 ссылки. Первая строка 113 СИДов подключается параллельно к входным клеммам 111, 112. Конденсатор фильтра Cb подключается параллельно к первой строке 113 СИДов. Вторая строка 114 СИДов подключается последовательно к индуктору L, причем диод D подключен параллельно к этому последовательному расположению. Управляемый переключатель S подключается последовательно к этому параллельному расположению, управляемому схемой 115 управления, где схема 620 управления задает рабочий цикл δ переключателя S на основе входного тока Iin, который измерен датчиком 116 тока. Результирующий ток во второй строке 114 СИДов указывается как Ia, а результирующий ток в первой строке 113 СИДов указывается как Iw.
Вольтодобавочный преобразователь эксплуатируется в CCM (режим постоянной проводимости), так что пульсация в Ia небольшая по сравнению с его средним значением. Входной ток Is' вольтодобавочного преобразователя является коммутируемым током, имеющим максимальное значение, равное Ia, и рабочий цикл δ. Коммутируемый ток Is' поступает из конденсатора фильтра Cb, и входной ток Is в этот конденсатор фильтра Cb фактически является средним значением Is'. Для вольтодобавочного преобразователя, работающего в CCM и пренебрегающего пульсацией тока, мы можем вывести Is=δIa. Должно быть понятно, что ток в первой строке 113 СИДов уменьшается на входной ток Is в конденсатор фильтра Cb, или
Iw=Iin-Is=Iin-δIa.
Поэтому, если δ изменяется для приспособления к току желтого СИДа Ia, ток Iw через белые СИДы также изменяется. Источник тока Iin имеет такую же линейную зависимость от настройки затемнения, как показана на фиг.2А/В. Входной ток Iin контролируется датчиком 116 тока, формирующим сигнал считывания Vctrl, и схема 620 управления изменяется рабочий цикл δ вольтодобавочного преобразователя и по существу изменяет оба тока Iw и Ia.
В принципе, такие же разделения тока белого/желтого СИДов, как показаны на фиг.2А/В, можно реализовать с помощью этого варианта осуществления. Преимуществом по сравнению с другими вариантами осуществления является большая эффективность. Вольтодобавочный преобразователь по своей природе обладает большей эффективностью, чем линейный стабилизатор тока, которым фактически являются другие варианты осуществления фиг.3А-3В. Также посредством подходящий сети измерения тока (смещенное "токовое зеркало") чувствительный резистор Rs можно оставить очень небольшим.
Отметим, что вольтодобавочный преобразователь, регулирующий ток желтого СИДа Ia, предпочтительно является вольтодобавочным преобразователем, управляемым в гистерезисном режиме.
Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая четвертый вариант осуществления СИД модуля 700, где каждая отдельная строка 113, 114 СИДов возбуждается соответствующим преобразователем 730, 740 тока соответственно. Схема деления в этом варианте осуществления будет указана номером 715 ссылки. В этом случае два преобразователя 730, 740 тока подключаются последовательно. В показанных вариантах осуществления преобразователи изображаются относящимися к типу вольтодобавочного, однако отметим, что также возможны другие типы, например повышающий преобразователь, промежуточный вольтодобавочный преобразователь, преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью, преобразователь Чука, ZETA-преобразователь. Схема 720 управления имеет две управляющие выходные клеммы для индивидуального управления переключателями S преобразователей на основе входного тока Iin, который измерен датчиком 116 тока. Каждый преобразователь 730, 740 тока формирует выходной ток в зависимости от рабочего цикла переключения соответствующего переключателя S, что должно быть понятно специалисту в данной области техники. В этом варианте осуществления для схемы 720 управления можно реализовать такую же токовую зависимость, как показана на фиг.2А-2В, но также возможно управлять отдельными токами для отдельных строк 113, 114 СИДов независимо друг от друга; поэтому фактически возможно возбуждать обе строки 113, 114 СИДов одновременно с максимальным световым выходом или минимальным световым выходом.
Также можно получить нужное поведение на основе собственных характеристик самих СИДов.
Фиг.6 изображает устройство 1 освещения, содержащее по меньшей мере один СИД 11 первого типа, например СИД типа AlInGaP (алюминий-галлий-индий-фосфид), и вырабатывающее свет, имеющий первую цветовую температуру. По меньшей мере один СИД 11 подключается последовательно по меньшей мере к одному СИДу 12 второго типа, отличного от первого типа, например СИДу типа InGaN (индий-галлий-нитрид), и вырабатывающему свет, имеющий вторую цветовую температуру, которая выше цветовой температуры СИДа типа AlInGaP. Устройство 1 освещения имеет два вывода 14, 16 для подачи тока из источника 18 тока IS в последовательное соединение СИДов 11, 12. Устройство 1 освещения не имеет активных компонентов. Как указано пунктирной линией, последовательное соединение СИДов в устройстве 1 освещения может содержать дополнительные СИДы 11 первого типа и/или СИДы 12 второго типа, так что устройство 1 освещения содержит множество СИДов 11 первого типа и/или множество СИДов 12 второго типа. Устройство 1 освещения может дополнительно содержать один или несколько СИДов любого другого типа, например третьего типа, отличного от первого типа и второго типа.
Один или несколько СИДов 11 первого типа выбираются, чтобы иметь первый выход светового потока в зависимости от температуры, имеющий градиент, который отличается от градиента второго выхода светового потока в зависимости от температуры одного или нескольких СИДов 12 второго типа. На практике изменение выхода светового потока FO может характеризоваться так называемым теплым/холодным фактором, указывающим процент потери светового потока от температуры перехода 25°C до 100°C у СИДа. Это иллюстрируется по ссылке на фиг.7, 8 и 9.
Фиг.7 иллюстрирует графики выхода светового потока FO (вертикальная ось, люмен/мВт) в зависимости от температуры T (горизонтальная ось, °C) у разных СИДов 11 первого типа. Первый график 21 иллюстрирует уменьшение выхода светового потока FO при увеличении температуры для красного фотометрического СИДа. Второй график 22 иллюстрирует более крутое уменьшение выхода светового потока FO, чем график 21, при увеличении температуры для красно-оранжевого фотометрического СИДа. Третий график 23 иллюстрирует еще более крутое уменьшение выхода светового потока FO, чем графики 21 и 22, при увеличении температуры для желтого фотометрического СИДа.
Фиг.8 иллюстрирует графики выхода светового потока FO (вертикальная ось, люмен/мВт) в зависимости от температуры T (горизонтальная ось, °C) у разных СИДов 12 второго типа. Первый график 31 иллюстрирует уменьшение выхода светового потока FO при увеличении температуры для голубого фотометрического СИДа. Второй график 32 иллюстрирует слегка более крутое уменьшение выхода светового потока FO, чем график 31, при увеличении температуры для зеленого фотометрического СИДа. Третий график 33 иллюстрирует еще более крутое уменьшение выхода светового потока FO, чем графики 31 и 32, при увеличении температуры для ярко-синего радиометрического СИДа. Четвертый график 34 иллюстрирует еще более крутое уменьшение выхода светового потока FO, чем графики 31, 32 или 33, при увеличении температуры для белого фотометрического СИДа. Пятый график 35 иллюстрирует еще немного более крутое уменьшение выхода светового потока FO, чем графики 31, 32, 33 или 34, при увеличении температуры для синего фотометрического СИДа.
Фиг.7 и 8 показывают, что СИД 11 первого типа имеет более высокий теплый/холодный фактор, чем СИД 12 второго типа, указывая, что градиент выхода светового потока в зависимости от температуры у СИДа 11 выше градиента выхода светового потока в зависимости от температуры у СИДа 12.
Фиг.9 иллюстрирует график 41 коэффициента выхода светового потока FR (вертикальная ось, безразмерная) у строки 11 СИДов первого типа (красный, оранжевый, желтый), имеющих относительно низкую цветовую температуру, и строки 12 СИДов второго типа (голубой, синий, белый), имеющих относительно высокую цветовую температуру, в зависимости от коэффициента затемнения DR (горизонтальная ось, безразмерная), где температура всех кристаллов СИДов равна 100°C при 100% мощности (без затемнения, то есть коэффициент затемнения=1), и температура окружающей среды равна 25°C. График 41 иллюстрирует уменьшение коэффициента выхода светового потока при увеличении коэффициента затемнения. Таким образом, в соответствии с фиг.9, устройство 1 освещения, имеющее коэффициент светового потока первого и второго наборов СИДов, как показано, будет демонстрировать уменьшение цветовой температуры, когда устройство 1 освещения затемняется. Конкретный коэффициент выхода светового потока при конкретном коэффициенте затемнения может разрабатываться без лишнего экспериментирования путем выбора подходящих типов СИДов в подходящих количествах и выбора подходящего теплового сопротивления окружающей среде у каждого СИДа в наборе СИДов, чтобы получить нужные температуры для СИДов при конкретных коэффициентах затемнения. Например, может устанавливаться один или несколько СИДов первого типа, например СИДов AlInGaP, с более высоким тепловым сопротивлением окружающей среде, чем один или несколько СИДов второго типа, например СИДов InGaN. В подходящем исполнении СИД устройство 1 освещения будет демонстрировать характеристику цветовой температуры подобно характеристике цветовой температуры у лампы накаливания без дополнительного управления.
S
Фиг.10 изображает устройство 50 освещения, содержащее по меньшей мере один СИД 51 первого типа, например СИД типа AlInGaP, подключенный параллельно по меньшей мере с одним СИДом 52 второго типа, отличного от первого типа, например СИДом типа InGaN. Устройство 50 освещения имеет два вывода 54, 56 для подачи тока I из источника 58 тока в параллельное соединение СИДов 51, 52. Резистор 59 предоставляется последовательно по меньшей мере с одним СИДом 52. Резистор 59 также может подключаться последовательно по меньшей мере к одному СИДу 51 вместо последовательного подключения по меньшей мере к одному СИДу 52. В качестве альтернативы резистор может подключаться последовательно по меньшей мере к одному СИДу 51, а другой резистор может подключаться последовательно по меньшей мере к одному СИДу 52. Устройство 50 освещения не имеет активных компонентов. Как указано пунктирными линиями, по меньшей мере один СИД 51 и по меньшей мере один СИД 52 в устройстве 50 освещения могут содержать дополнительные СИДы 51 и/или 52, так что устройство 50 освещения содержит множество СИДов 51 первого типа и/или множество СИДов 52 второго типа. Устройство 50 освещения может дополнительно содержать один или несколько СИДов любого другого типа, например третьего типа, отличного от первого типа и второго типа.
Резистор 59 является резистором с отрицательным температурным коэффициентом, NTC, который будет компенсировать относительно медленные колебания температуры изменением значения своего сопротивления.
Один или несколько СИДов 51 первого типа выбираются, чтобы иметь первое резонансное сопротивление (измеренное как отношение прямого напряжения на СИДе (СИДах) к току через СИД (СИДы)), которое отличается от второго резонансного сопротивления одного или нескольких СИДов 52 второго типа, подключенных последовательно к резистору 59. В результате отношение тока через один или несколько СИДов 51 первого типа и тока через один или несколько СИДов 52 будет переменным. Это иллюстрируется по ссылке на фиг.11.
Фиг.11 иллюстрирует графики токов ILED1, ILED2 (левая вертикальная ось, ампер) в зависимости от прямого напряжения FV (горизонтальная ось, вольт) для СИДа (СИДов) первого и второго типа. Ссылаясь также на фиг.10, первый график 61 иллюстрирует ток ILED1 в СИДе (СИДах) 51 InGaN в зависимости от прямого напряжения на СИДе (СИДах) 51. Второй график 62 иллюстрирует ток ILED2 в СИДе (СИДах) 52 AlInGaP и резисторе 59 в зависимости от прямого напряжения на СИДе (СИДах) 52 и резисторе 59. В проиллюстрированном примере резистор 59 имеет значение 8 Ом.
Фиг.11 дополнительно показывает график 63 отношения тока ILED1/ILED2 (правая вертикальная ось, безразмерная) в зависимости от прямого напряжения FV. Как видно на графике 63, для прямых напряжений FV выше примерно 2,9 В больший ток ILED1 течет через СИД (СИДы) 51, чем ток ILED2 через СИД (СИДы) 52 и резистор 59, тогда как ниже прямого напряжения FV примерно в 2,9 В ток ILED1 слабее ILED2. Соответственно, когда ток, предоставленный источником 58 тока, ослабляется в операции затемнения, выход светового потока из СИДа (СИДов) 51 будет уменьшаться с большей скоростью, чем уменьшение выхода светового потока из СИДа (СИДов) 52, так что цветовая температура устройства 50 освещения будет больше стремиться к цветовой температуре СИДа (СИДов) 52, чем при большем токе, предоставленном источником 58 тока, где цветовая температура устройства 50 освещения будет больше стремиться к цветовой температуре СИДа (СИДов) 51. В подходящем исполнении СИД устройство 50 освещения будет, соответственно, демонстрировать характеристику цветовой температуры подобно характеристике цветовой температуры у лампы накаливания без дополнительного управления.
Источники 18, 58 тока конфигурируются для предоставления постоянного тока, который может иметь слабую пульсацию тока. Для целей затемнения источники 18, 58 тока могут быть с широтно-импульсным управлением. В случае источника 18 тока, питающего устройство 10 освещения, температуры перехода СИДов будут уменьшаться при затемнении. В случае источника 58 тока во время затемнения следует уменьшить средний ток в течение времени, когда ток течет в устройстве 50 освещения. Таким образом, каждый источник 18, 58 тока должен рассматриваться как регулятор освещения, имеющий выходные клеммы, которые приспособлены для предоставления переменной электрической энергии, в частности переменного тока, и выводы 14, 16 и 54, 56 соответственно конфигурируются для подключения к выходным клеммам регулятора освещения.
Выше объяснено, что в устройстве освещения применяются наборы СИДов, использующие естественные характеристики СИДов для сходства с характеристикой лампы накаливания при уменьшении яркости, посредством этого устраняя необходимость в сложном управлении. Первый набор по меньшей мере из одного СИДа дает свет первой цветовой температуры, а второй набор по меньшей мере из одного СИДа дает свет второй цветовой температуры. Первый набор и второй набор подключаются последовательно, либо первый набор и второй набор подключаются параллельно, по возможности с резистивным элементом последовательно с первым или вторым набором. Первый набор и второй набор отличаются по температурной характеристике или имеют разное резонансное электрическое сопротивление. Устройство освещения вырабатывает свет с цветовой точкой, параллельной и близкой к кривой черного тела.
При необходимости в этом документе раскрываются подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако нужно понимать, что раскрытые варианты осуществления являются всего лишь примерами изобретения, которое может быть реализовано в различных формах. Поэтому характерные структурные и функциональные подробности, раскрытые в этом документе, не должны интерпретироваться как ограничивающие, а всего лишь как основа для формулы изобретения и как типичная основа для обучения специалиста в данной области техники различному применению настоящего изобретения практически в любой, подходящим образом детализированной конструкции. Более того, используемые в этом документе термины и фразы не предназначены быть ограничивающими, а предназначены скорее для предоставления понятного описания изобретения.
Артикли "a" или "an", которые используются в этом документе, определяются как "один" или "более одного". Термин "множество" при использовании в данном документе определяется как два или больше двух. Термин "другой" при использовании в данном документе задается как "по меньшей мере второй или больше". Термины "включающий" и/или "имеющий" при использовании в данном документе задаются как "содержащий" (то есть открытая формулировка, не исключающая другие элементы или этапы). Любые знаки ссылок в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающие объем формулы изобретения или изобретения.
Сам факт, что некоторые критерии перечисляются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих критериев не может использоваться с пользой.
Термин "соединенный" при использовании в данном документе задается как "подключенный", хотя и не обязательно непосредственно и не обязательно механически.
Подводя итог, в устройстве освещения настоящее изобретение обеспечивает, что применяются наборы СИДов, использующие естественные характеристики СИДов для сходства с характеристикой лампы накаливания при уменьшении яркости, посредством этого устраняя необходимость в сложном управлении. Первый набор по меньшей мере из одного СИДа дает свет первой цветовой температуры, а второй набор по меньшей мере из одного СИДа дает свет второй цветовой температуры. Первый набор и второй набор подключаются последовательно, либо первый набор и второй набор подключаются параллельно, по возможности с резистивным элементом последовательно с первым или вторым набором. Первый набор и второй набор отличаются по температурной характеристике или имеют разное резонансное электрическое сопротивление. Устройство освещения вырабатывает свет с цветовой точкой, параллельной и близкой к кривой черного тела.
Настоящее изобретение также относится к комплекту деталей освещения, содержащему:
регулятор освещения, имеющий входные клеммы, приспособленные для подключения к источнику электропитания, и имеющий выходные клеммы, приспособленные для предоставления переменной электрической энергии; и
устройство освещения в соответствии с любым пунктом приложенной формулы изобретения, где выводы устройства освещения конфигурируются для подключения к выходным клеммам регулятора освещения.
Хотя изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как пояснительные или типовые, а не ограничивающие. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления; наоборот, возможны некоторые вариации и модификации в рамках объема охраны изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.
Например, могут использоваться другие цвета. Например, вместо желтого (янтарного) можно было бы использовать желтый или красный. Дополнительно отметим, что в примере вклад белых СИДов снижается до нуля с уменьшением входного тока, но это не нужно.
Дополнительно, хотя выше драйвер 101 описан как допускающий получение уменьшенного напряжения сети от регулятора 9 освещения, также возможно, что драйвер 101 приспособлен для затемнения с помощью дистанционного управления, наряду с получением обычного напряжения сети. Важной особенностью является то, что драйвер 101 действует в качестве источника тока и допускает формирование уменьшенного выходного тока, который принимается СИД модулем в качестве входного тока. Таким образом, уровень светового выхода определяется драйвером 101 путем формирования определенного выходного тока для СИД модуля, а цвет светового выхода определяется СИД модулем в зависимости от тока, полученного от драйвера 101.
Один процессор или другой модуль может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения.
Выше настоящее изобретение разъяснено со ссылкой на блок-схемы, которые иллюстрируют функциональные блоки устройства в соответствии с настоящим изобретением. Нужно понимать, что один или несколько этих функциональных блоков могут быть реализованы в аппаратных средствах, где функция такого функционального блока выполняется посредством отдельных аппаратных компонентов, но также возможно, что один или несколько этих функциональных блоков реализуются в программном обеспечении, так что функция такого функционального блока выполняется посредством одной или нескольких строк компьютерной программы или программируемого устройства, например микропроцессора, микроконтроллера, цифрового процессора сигналов и т.д.