УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ СВЕТА
LIGHT GENERATING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относятся к светодиодному (LED) устройству генерации света и способу работы светодиодного устройства генерации света. В частности, настоящее изобретение относится к питанию светодиодного устройства генерации света переменным напряжением, таким как напряжение переменного тока (АС).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройства генерации света или осветительные устройства с использованием светодиодов известны и в настоящее время используются в разных сферах применения освещения. Помимо прочего, такие устройства используются при модернизации, например, для замены обычных ламп накаливания. В последнем случае часто требуется запитывать модернизированное устройство генерации света переменным напряжением, например, электрической сети или напряжением переменного тока (АС). Поскольку светодиоды обычно не могут непосредственно запитываться напряжением электрической сети, требуется цепь питания.
Известно, что для создания относительно недорогой установки для питания светодиодного устройства генерации света напряжением электрической сети последовательно соединяется множество светодиодов, так что общее падение напряжения образованной таким образом цепочки светодиодов соответствует напряжению электрической сети. Однако ввиду собственного изменяющегося характера напряжения электрической сети такая цепочка светодиодов не может работать на всех фазах сигнала АС, то есть свет не генерируется, когда подаваемое напряжение падает ниже общего прямого напряжения цепочки светодиодов. В связи с этим такие цепи часто испытывают оптическое мерцание и относительно низкий угол отсечки тока.
Еще одна проблема может возникать в тех случаях, когда светодиодное устройство генерации света предназначено для использования с системами разного уровня напряжения электрической сети, например, с системой электрической сети 230 В и с системой электрической сети 120 В.
Если устройство, рассчитанное на электрическую сеть 230 В, работает при 120 В, напряжение будет значительно ниже, чем заданное общее прямое напряжение во время наибольшей части сигнала, приводя к заметному мерцанию и слабой яркости.
Если, с другой стороны, устройство, рассчитанное на напряжение электрической сети 120 В, работает при 230 В, напряжение будет слишком высоким во время наибольших частей сигнала, при этом, хотя мерцание в действительности может быть уменьшено, избыточное напряжение обычно регулируется с помощью линейного регулятора или цепи делителя напряжения, что приводит к рассеиванию большого количества энергии. В обоих случаях работа устройства при «неправильном» напряжении электрической сети очень неэффективна.
Решение первой проблемы описывается в документе WO 2010/013172 A1, который описывает осветительное устройство, содержащее множественные светодиоды. В соответствии с документом, множество светодиодов снабжено переключательной матрицей и соединено с ним. Переключательная матрица соединена с контроллером, поэтому светодиоды могут соединяться во множественных разных управляющих состояниях, которые приспособлены для разных уровней напряжения. Переключательная матрица позволяет соединять все светодиоды друг с другом последовательно и параллельно. В еще одном управляющем состоянии группы светодиодов соединяются таким образом, что два из упомянутых светодиодов соединяются параллельно, а по меньшей мере два из упомянутых светодиодов соединяются друг с другом последовательно. Предусмотрен контроллер для установления управляющего состояния переключательной матрицы в соответствии с сигналом, указывающим на мгновенное значение подаваемого напряжения АС.
Установка в документе WO 2010/013172 A1 посредством этого позволяет адаптировать конфигурацию устройства в соответствии с мгновенным напряжением АС. Хотя используются выбранные, т.е. так называемые «отсортированные» светодиоды, процесс выбора или «сортировки» заметно повышает общие расходы на изготовление. Следовательно, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства генерации света.
В документе WO 2010/033415 A1 предлагается светоизлучающее устройство, содержащее вход напряжения, по меньшей мере три светодиодные цепи, каждая из которых содержит по меньшей мере светодиодный блок и управляемую переключательную матрицу, соединенную со светодиодными цепями и содержащую множество переключателей. Переключательная матрица выполнена с возможностью работы по меньшей мере в двух разных режимах переключения (параллельное или последовательное соединение светодиодных цепей) и управляется контроллером. Поскольку электрические характеристики светодиодного блока могут отличаться, это может влиять на качество светового выхода светоизлучающего устройства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данная цель достигается с помощью устройства генерации света по пп. 1 или 13 и способа работы устройства генерации света по пп. 17 или 18. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Ниже описывается изобретение в соответствии с первым и вторым аспектом. Изобретение в соответствии с первым аспектом называется также «концепцией динамического переключения», а второй аспект называется «линейной концепцией с отводами».
Основная идея изобретения в соответствии с вышеупомянутым первым аспектом состоит в создании устройства генерации света, содержащего по меньшей мере три светодиодные цепи. Устройство генерации света выполнено с возможностью установки по меньшей мере в два режима переключения для обеспечения светового выхода при приеме переменного напряжения. Каждая светодиодная цепь содержит по меньшей мере один светодиодный блок и управляемый регулятор тока, соединенный с упомянутым светодиодным блоком, для регулирования тока в светодиодной цепи. Настоящее изобретение предпочтительно позволяет точно управлять током в каждой из светодиодных цепей независимо от режима переключения. При этом даже если светодиодные блоки демонстрируют несколько отличающиеся электрические характеристики, возможно точное управление токами, повышающее качество светового выхода.
Устройство генерации света в соответствии с настоящим изобретением содержит вход напряжения, выполненный с возможностью приема переменного рабочего напряжения, такого как, например, типичное напряжение электрической сети АС. По меньшей мере три светодиодные цепи соединены с упомянутым входом напряжения, причем каждая светодиодная цепь содержит по меньшей мере светодиодный блок и управляемый регулятор тока, соединенный с соответствующим светодиодным блоком упомянутой светодиодной цепи и выполненный с возможностью управления током в упомянутой светодиодной цепи. Кроме того, устройство генерации света в соответствии с изобретением содержит управляемую переключательную матрицу, соединенную с упомянутыми светодиодными цепями и содержащую множество переключателей, причем упомянутая переключательная матрица выполнена с возможностью работы по меньшей мере в двух разных режимах переключения. Предусмотрен контроллер, соединенный по меньшей мере с упомянутой переключательной матрицей. Контроллер выполнен с возможностью определения упомянутого переменного рабочего напряжения, например, на упомянутом входе напряжения и управления режимом переключения упомянутой переключательной матрицы в зависимости от определенного рабочего напряжения.
В соответствии с настоящим аспектом изобретения по меньшей мере два из светодиодных блоков трех светодиодных цепей соединены друг с другом параллельно в первом режиме переключения и соединены друг с другом последовательно во втором режиме переключения. Например, в первом режиме переключения два блока могут быть соединены параллельно при последовательно соединенном третьем, а во втором режиме переключения все блоки соединены последовательно. В соответствии с другим вариантом, в первом режиме переключения все три блока могут быть соединены параллельно, а во втором режиме переключения по меньшей мере два блока соединены последовательно.
Устройство генерации света в соответствии с изобретением посредством этого позволяет адаптировать установку устройства генерации света в соответствии с определенным напряжением и посредством этого обеспечивает «динамическое переключение» на основе мгновенного напряжения, подаваемого на упомянутый вход напряжения. Указанные по меньшей мере два режима переключения отличаются друг от друга общим прямым напряжением устройства генерации света. В контексте настоящего изобретения термин «общее прямое напряжение» устройства генерации света относится к общему падению напряжения на светодиодных цепях, когда упомянутое рабочее напряжение приложено к входу напряжения. В связи с этим можно адаптировать прямое напряжение устройства к мгновенному значению переменного рабочего напряжения.
Хотя в целом устройство генерации света, имеющее три разных управляющих состояния, описано в предшествующей заявке заявителя, включенной в настоящий документ посредством данной ссылки на нее, настоящее изобретение, кроме того, позволяет управлять током через каждый из светодиодных блоков и независимо от режима переключения. В связи с этим незначительные отклонения в электрических характеристиках светодиодных блоков могут быть эффективно скомпенсированы таким образом, что специальный процесс выбора во время изготовления, называемый также «сортировкой», предпочтительно может не выполняться. Таким образом, световой выход возможен при пониженных расходах на изготовление.
Как отмечалось выше, устройство генерации света в соответствии с изобретением содержит вход напряжения, выполненный с возможностью приема переменного рабочего напряжения. Рабочее напряжение может, например, соответствовать напряжению АС, то есть напряжению электрической сети 120 В или 230 В. Устройство генерации света в соответствии с изобретением при этом предпочтительно может быть выполнено с возможностью работы при АС.
В контексте настоящего изобретения термин «переменное рабочее напряжение» относится к напряжению, которое изменяется со временем. Переменное рабочее напряжение может представлять собой периодически изменяющееся напряжение; однако и наиболее предпочтительно переменное рабочее напряжение представляет собой однополярное напряжение, такое как, например, выпрямленное напряжение АС.
Вход напряжения в соответствии с изобретением может быть любого применимого типа и, например, содержать по меньшей мере два электрических контакта, например, ламели, контактные площадки или какой-либо иной применимый соединитель или штекер для подключения к электропитанию или электрической сети. Вход напряжения может, безусловно, содержать дополнительные компоненты или схемы, такие как, например, выпрямитель для подачи однополярного переменного напряжения на светодиодные цепи или фильтрующее устройство для сглаживания выпрямленного рабочего напряжения. В качестве альтернативы или дополнительно вход напряжения может содержать дополнительные механические компоненты, например, соответствующий отдельный электрический соединитель в случае, если предусматривается отключение устройства генерации света от электропитания. Наиболее предпочтительно вход напряжения содержит ламповый патрон, такой как, например, патрон типа Е27 или Е14.
Как упоминалось выше, устройство генерации света в соответствии с изобретением содержит по меньшей мере три светодиодные цепи, соединенные с упомянутым входом напряжения. Указанные по меньшей мере три светодиодные цепи могут быть соединены с входом напряжения прямо или косвенно через промежуточные компоненты или схемы таким образом, что в случае, если упомянутое рабочее напряжение подается на вход напряжения, напряжение может быть подано на светодиодные цепи. Каждая из упомянутых светодиодных цепей содержит, как упоминалось выше по меньшей мере светодиодный блок и управляемый регулятор тока. Регулятор тока соединен со светодиодным блоком соответствующей светодиодной цепи и выполнен с возможностью управления током в упомянутой светодиодной цепи.
Светодиодные блоки могут быть любого применимого типа и содержать по меньшей мере один светодиод (LED), который в контексте настоящего изобретения может представлять собой твердотельный источник света любого типа, такой как неорганический светодиод, органический светодиод или твердотельный лазер, например, лазерный диод. Светодиодный блок, безусловно, может содержать более одного из вышеупомянутых компонентов, соединенных последовательно и/или параллельно.
В сферах применения общего освещения светодиодный блок может предпочтительно содержать по меньшей мере один высокомощный светодиод, то есть имеющий световой поток более 1 лм. Предпочтительно упомянутый высокомощный светодиод обеспечивает световой поток более 20 лм, а наиболее предпочтительно - более 50 лм.
Светодиодный блок, безусловно, может содержать дополнительные электрические, электронные или механические компоненты, такие как блок управления, например, для установки яркости и/или цвета, сглаживающий каскад или емкостный фильтр.
Вышеупомянутые управляемые регуляторы тока могут быть любого применимого типа для управления током в соответствующей светодиодной цепи, в частности, для управления током с помощью светодиодного блока соответствующей светодиодной цепи по меньшей мере в одном из режимов переключения. В контексте настоящего изобретения термин «регулятор тока» относится к активному электрическому или электронному компоненту, способному управлять током и/или ограничивать его заданным уровнем тока.
Регулятор тока может, например, содержать применимый источник тока или устройство отдачи тока, такое как обычный транзистор, полевой транзистор (FET) или источник тока на операционном усилителе (ОР-АМР). Применимые источники тока можно, например, найти в главе 13.3 издания «Полупроводниковая схемотехника», У. Титце, Ч. Шенк («Halbleiterschaltungstechnik», U. Tietze, Ch. Schenk), 10-е издание, Springer Verlag.
Заданный уровень тока в соответствующем регуляторе тока может быть запрограммирован при изготовлении. В качестве альтернативы или дополнительно возможно, что регулятор тока содержит вход управления током, чтобы заданный уровень тока можно было устанавливать извне. Например, вход управления током может быть установлен в соответствии с сигналом, соответствующим входному напряжению, например, для увеличения тока при возрастании входного напряжения с целью улучшения коэффициента мощности или для уменьшения тока, например, линейно с увеличением входного напряжения с целью ограничения общей входной мощности системы.
Устройство генерации света в соответствии с изобретением дополнительно включает в себя управляемую переключательную матрицу, содержащую множество переключателей. Как обсуждалось выше, переключательная матрица соединена с упомянутыми по меньшей мере тремя светодиодными цепями и выполнена с возможностью управления ей для установки в по меньшей мере два разных режима переключения, причем по меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков соединены друг с другом параллельно в первом режиме переключения и соединены друг с другом последовательно во втором режиме переключения. Переключатели и соответствующие схемы могут быть любого применимого типа для обеспечения того, что переключательная матрица является управляемой для установки в вышеупомянутые по меньшей мере два режима переключения. Безусловно, и особенно в том случае, когда имеются более трех светодиодных цепей, переключательная матрица может быть выполнена с возможностью управления ей для установки более чем двух разных режимов переключения. Предпочтительно переключатели представляют собой управляемые полупроводниковые переключатели, такие как, в частности, полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET) или биполярные транзисторы.
В соответствии с изобретением, устройство генерации света дополнительно содержит контроллер, соединенный по меньшей мере с упомянутой управляемой переключательной матрицей. Соединение между контроллером и переключательной матрицей, то есть множеством переключателей, может быть любого проводного или беспроводного типа для обеспечения управления режимом переключения.
Контроллер выполнен с возможностью определения упомянутого рабочего напряжения и управления упомянутым режимом переключения переключательной матрицы в зависимости от определенного рабочего напряжения. Контроллер может быть любого применимого типа, и, в частности, контроллер может включать в себя микроконтроллер, вычислительное устройство и/или асинхронную машину состояний, содержащую по меньшей мере логический вентиль, триггер и/или компаратор. Как отмечалось выше, контроллер выполнен с возможностью определения упомянутого рабочего напряжения, то есть по меньшей мере величины, соответствующей мгновенной амплитуде переменного рабочего напряжения во время работы устройства генерации света. Контроллер при этом может, например, содержать по меньшей мере детектор напряжения, соответствующим образом соединенный с упомянутым входом напряжения. Такой детектор может, например, быть выполнен с возможностью непрерывной работы или регулярно выдавать в контроллер выборочное значение, соответствующее мгновенной амплитуде переменного рабочего напряжения. В частности, в последнем случае частота выборки должна предпочтительно устанавливаться для оценки рабочего напряжения квазинепрерывно.
В данном случае контроллер выполнен с возможностью периодического определения мгновенной амплитуды упомянутого переменного рабочего напряжения и управления режимом переключения упомянутой переключательной матрицы в зависимости от упомянутой мгновенной амплитуды. В данном контексте термин «периодически» также включает в себя непрерывное или квазинепрерывное определение упомянутой амплитуды.
Как упоминалось выше, контроллер выполнен с возможностью управления режимом переключения упомянутой переключательной матрицы в зависимости от определенного рабочего напряжения. Хотя возможны различные способы управления, контроллер предпочтительно может быть выполнен с возможностью установки режима переключения таким образом, что общее прямое напряжение устройства генерации света соответствует по существу мгновенной амплитуде приложенного рабочего напряжения. В связи с этим предпочтительно выбирается режим переключения, который обеспечивает общее прямое напряжение, полностью или приблизительно соответствующее приложенному рабочему напряжению. Например, в упомянутом первом режиме переключения вышеупомянутые две светодиодные цепи соединены друг с другом параллельно, так что общее прямое напряжение ниже, чем во втором режиме переключения, в котором два светодиодных блока соединены последовательно. Безусловно, необходимо отметить, что светодиодные блоки могут работать лишь в случае, когда приложенное рабочее напряжение равно отдельному прямому напряжению или превышает его, поэтому режим переключения предпочтительно должен выбираться для обеспечения того, чтобы полное прямое напряжение устройства генерации света равнялось мгновенному приложенному рабочему напряжению или было меньше него.
Устройство генерации света может, безусловно, содержать дополнительные компоненты, например, один или более дополнительных светодиодов, корпус, одну или более розеток, сглаживающий каскад, схему фильтра мерцаний и/или дополнительные управляющие схемы, например, для установки цвета излучаемого света в случае по меньшей мере одного светодиодного RGB-блока. Предпочтительно устройство генерации света предусматривается в виде интегрированного блока, такого как лампа, наиболее предпочтительно выполненного с возможностью использования при модернизации.
Как отмечалось выше, регуляторы тока упомянутых светодиодных цепей предусматриваются для установления тока в соответствующей светодиодной цепи, например, на заданном уровне тока. Соответствующий уровень тока может устанавливаться системой и/или может изменяться со временем. Например, уровень тока может запоминаться в применимой памяти регулятора или, например, устанавливаться с помощью упомянутого входа управления током для обеспечения упомянутого заданного уровня тока извне.
Концепция динамического переключения в соответствии с настоящим аспектом может применяться в качестве альтернативы вышеупомянутой «линейной концепции с отводами», хотя объединение обоих концепций находится в пределах объема изобретения.
В предпочтительном варианте осуществления переключательная матрица выполнена с возможностью работы по меньшей мере в трех разных режимах переключения. При этом переключательная матрица выполнена таким образом, что по меньшей мере два светодиодных блока соединяются параллельно в первом режиме переключения и соединяются последовательно во втором режиме переключения.
Особенно предпочтительно, чтобы в первом режиме переключения все из упомянутых светодиодных блоков соединялись параллельно друг другу, во втором режиме переключения по меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков соединялись последовательно, а в третьем режиме переключения все из упомянутых светодиодных блоков соединялись друг с другом последовательно.
Данный вариант осуществления обеспечивает более точную адаптацию общего прямого напряжения. Например, в упомянутом первом режиме переключения светодиодные цепи соединены параллельно друг другу, так что общее прямое напряжение ниже, чем во втором режиме переключения, в котором по меньшей мере два из светодиодных блоков соединены последовательно. Соответственно общее прямое напряжение устройства генерации света в третьем режиме переключения выше, чем общее прямое напряжение во втором режиме переключения.
Дополнительно или в качестве альтернативы вышеописанному и в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство генерации света содержит вход напряжения, выполненный с возможностью приема переменного рабочего напряжения, такого как, например, обычное напряжение электрической сети АС. По меньшей мере три светодиодные цепи соединены с упомянутым входом напряжения, причем каждая светодиодная цепь содержит по меньшей мере светодиодный блок и управляемый регулятор тока, соединенный с соответствующим светодиодным блоком упомянутой светодиодной цепи и выполненный с возможностью управления током в упомянутой светодиодной цепи. Кроме того, устройство генерации света содержит управляемую переключательную матрицу, соединенную с упомянутыми светодиодными цепями и имеющую множество переключателей, причем упомянутая переключательная матрица выполнена с возможностью работы по меньшей мере в трех разных режимах переключения. Предусмотрен контроллер, соединенный по меньшей мере с упомянутой переключательной матрицей. Контроллер выполнен с возможностью определения упомянутого переменного рабочего напряжения, например, на упомянутом входе напряжения и управления режимом переключения упомянутой переключательной матрицы в зависимости от определенного рабочего напряжения.
В соответствии с этим вариантом осуществления и в первом режиме переключения переключательной матрицы светодиодные блоки упомянутых по меньшей мере трех светодиодных цепей соединены параллельно друг другу. Во втором режиме переключения по меньшей мере два светодиодных блока соединены последовательно друг другу, а в третьем режиме переключения светодиодные блоки упомянутых по меньшей мере трех светодиодных цепей соединены последовательно.
В соответствии с разработкой изобретения, контроллер соединен по меньшей мере с одним из упомянутых регуляторов тока для управления током в соответствующей светодиодной цепи. Данное соединение может быть любого применимого проводного или беспроводного типа для обеспечения управления током в соответствующей светодиодной цепи с помощью контроллера.
Предпочтительно контроллер соединен с каждым из регуляторов тока в указанных по меньшей мере трех светодиодных цепях. В последнем случае наиболее предпочтительно, чтобы контроллер был выполнен с возможностью управления каждым из упомянутых регуляторов тока независимо. Настоящее изобретение предпочтительно обеспечивает установку тока в соответствии с определенным переменным рабочим напряжением и соответствующим образом выбранным режимом переключения для обеспечения дополнительного улучшенного управления устройством и, в частности, токами в упомянутых светодиодных цепях в случае, если светодиодные блоки имеют отличающиеся электрические свойства.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере в одном из упомянутых регуляторов тока по меньшей мере может устанавливаться режим номинального тока и выключенное состояние. В упомянутом номинальном режиме управление регулятором тока осуществляется таким образом, что ток через регулятор тока не превышает заданный максимальный ток. В упомянутом выключенном состоянии значительный ток через упомянутый регулятор тока не протекает. Соответствующий режим может, например, устанавливаться контроллером, например, с использованием вышеупомянутого входа управления током.
Предпочтительно регулятор тока выполнен таким образом, что ток в упомянутом номинальном режиме соответствует номинальному току светодиодного блока соответствующей светодиодной цепи.
В соответствии с разработкой изобретения по меньшей мере один из упомянутых регуляторов тока выполнен с возможностью управления им для установки в режим пониженного тока, в котором во время работы ток через упомянутый регулятор тока ниже, чем ток в упомянутом режиме номинального тока. Соответствующий уровень тока в режиме пониженного тока может выбираться в зависимости от применения и, в частности, в соответствии с числом светодиодных цепей и соответствующего режима переключения переключательной матрицы. Например, в регуляторе тока в упомянутом режиме пониженного тока может предпочтительно устанавливаться значение, соответствующее по существу 1/2 и/или 1/3 от тока в режиме номинального тока. В зависимости от требований к качеству светового выхода отклонение в установке тока в режиме пониженного тока может составлять ±50%, однако предпочтительно не выше ±20% от вышеуказанных значений 1/2 и/или 1/3. При этом предполагается, что вышеуказанные значения применительно к термину «по существу» включают в себя отклонения.
Для обеспечения еще более усовершенствованного управления световым выходом каждого из светодиодных блоков и в предпочтительном варианте осуществления изобретения контроллер содержит по меньшей мере детектор напряжения, выполненный с возможностью определения напряжения по меньшей мере в одной из упомянутых светодиодных цепей. Контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления режимом переключения в зависимости от определенного напряжения.
Настоящий вариант осуществления обеспечивает дополнительный усовершенствованный выбор режима переключения, поскольку, как отмечалось выше, электрические характеристики каждого из светодиодных блоков могут отличаться из-за технологических отклонений, в частности, применительно к соответствующему прямому напряжению. В связи с этим определение напряжения в светодиодной цепи позволяет эффективно компенсировать отличающиеся прямые напряжения.
Детектор напряжения может быть любого применимого типа для определения по меньшей мере напряжения в упомянутой светодиодной цепи во время работы. Детектор может, например, быть выполнен с возможностью определения напряжения, существующего во время работы на светодиодном блоке. Однако предпочтительно, чтобы детектор напряжения был выполнен с возможностью определения напряжения на соответствующем регуляторе тока светодиодной цепи. Более предпочтительно, чтобы детектор напряжения был выполнен с возможностью определения напряжения в каждой из упомянутых светодиодных цепей для дополнительного усовершенствованного управления. В соответствии с другим вариантом обеспечены множественные детекторы напряжения.
Дополнительно или в качестве альтернативы контроллер может содержать по меньшей мере детектор тока, выполненный с возможностью определения тока по меньшей мере в одной из упомянутых светодиодных цепей. В этом случае контроллер может предпочтительно быть выполнен с возможностью управления упомянутым режимом переключения в зависимости от определенного тока. Настоящий вариант осуществления обеспечивает особенно эффективное управление и выбор соответствующего режима переключения ввиду вышеупомянутых возможных отличий в электрических характеристиках светодиодных блоков. Детектор тока может быть любого применимого типа для определения по меньшей мере тока в упомянутой светодиодной цепи во время работы, например, тока через упомянутый регулятор тока. Предпочтительно детектор тока выполнен с возможностью определения тока в каждой из упомянутых светодиодных цепей. В соответствии с другим вариантом, имеются множественные детекторы тока. Контроллер предпочтительно выполнен с возможностью переключения из режима переключения с более низким общим прямым напряжением в режим переключения с более высоким общим прямым напряжением на основе переменного рабочего напряжения и напряжения, определенного упомянутым по меньшей мере одним детектором напряжения. В соответствующем ином случае, то есть при переключении из режима переключения с более высоким общим прямым напряжением в режим переключения с более низким общим прямым напряжением, контроллер может быть выполнен с возможностью переключения на основе тока, определенного упомянутым по меньшей мере одним детектором тока. Однако предпочтительно, чтобы контроллер был выполнен с возможностью переключения из режима переключения с более высоким общим прямым напряжением в режим переключения с более низким общим прямым напряжением, когда напряжение, определенное упомянутым по меньшей мере одним детектором напряжения, находится ниже заданного порогового значения. Пороговое значение может предпочтительно выбираться между 5 и 20%, а наиболее предпочтительно - между 3 и 10% от общего прямого напряжения одного светодиодного блока.
Наиболее предпочтительно контроллер содержит детектор тока и детектор напряжения для дополнительного усовершенствованного управления режимом переключения в зависимости от переменного рабочего напряжения.
Как отмечалось выше, переключательная матрица может быть управляемой для установки в по меньшей мере три разных режима переключения, причем общие прямые напряжения устройства в каждом из трех режимов переключения отличаются друг от друга. В то время как первый и третий режимы переключения относятся к низкому и высокому общему прямому напряжению соответственно, второй режим переключения обеспечивает промежуточное прямое напряжение, при котором по меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков соединены последовательно.
Для обеспечения увеличенного светового выхода предпочтительно, чтобы во втором режиме переключения по меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков были соединены последовательно и одновременно с этим по меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков были соединены параллельно друг другу. В связи с этим в настоящем примере трех светодиодных цепей все светодиодные блоки светодиодных цепей запитываются рабочим током в упомянутом втором режиме при одновременном обеспечении промежуточного общего прямого напряжения. Посредством этого предпочтительно дополнительно снижается оптическое мерцание.
Для обеспечения управления током в каждой из упомянутых светодиодных цепей предусматриваются соответствующие регуляторы тока, соединенные с соответствующими светодиодными блоками, как отмечалось выше. Регуляторы тока обеспечивают управление током в упомянутых светодиодных цепях по меньшей мере в одном из режимов переключения. В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления, светодиодные цепи выполнены таким образом, что по меньшей мере в упомянутом первом режиме переключения, в частности, когда все светодиодные блоки соединены параллельно, светодиодный блок каждой светодиодной цепи соединен последовательно с соответствующим регулятором тока упомянутой светодиодной цепи. Настоящий вариант осуществления посредством этого обеспечивает эффективное управление током в каждой светодиодной цепи даже в случае параллельного соединения светодиодных блоков и/или светодиодных цепей в соответствии с упомянутым первым режимом переключения.
Как отмечалось выше, безусловно, возможно более трех упомянутых режимов переключения, в частности, в том случае, когда устройство генерации света содержит более трех светодиодных цепей. Предпочтительно устройство генерации света снабжено четырьмя светодиодными цепями, каждая из которых содержит по меньшей мере светодиодный блок и соответствующий регулятор тока, как отмечалось выше. В случае по меньшей мере четырех светодиодных цепей предпочтительно, чтобы переключательная матрица была выполнена с возможностью работы в четвертом режиме переключения, в котором по меньшей мере три из упомянутых светодиодных блоков соединены последовательно. Наиболее предпочтительно в упомянутом четвертом режиме переключения, чтобы по меньшей мере три светодиодных блока были соединены последовательно, а по меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков были соединены параллельно друг другу.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления, светодиодные цепи содержат множественные светодиодные блоки и конфигурационную схему для обеспечения адаптации уровня напряжения.
Конфигурационная схема выполнена с возможностью соединения по меньшей мере двух из множественных светодиодных блоков в (каждой) светодиодной цепи параллельно друг другу в первом состоянии и последовательно друг другу во втором состоянии.
Устройство генерации света в соответствии с настоящим вариантом осуществления посредством этого позволяет адаптировать основную или базовую установку устройства генерации света в соответствии с уровнем напряжения (электрической сети), поскольку указанные по меньшей мере два состояния отличаются друг от друга общим прямым напряжением устройства генерации света. В связи с этим настоящий вариант осуществления благодаря указанным по меньшей мере двум состояниям обеспечивает адаптацию устройства, а точнее светодиодных цепей к уровню напряжения электрической сети (например, 120 В/230 В).
В частности, состояние конфигурационной схемы может устанавливаться однократно перед подключением устройства к источнику питания или при подключении. Первое (второе) состояние соответствует более низкому (высокому) максимальному напряжению, которое должно ожидаться.
В одном предпочтительном варианте осуществления состояние конфигурационной схемы может изменяться механически. Состояние конфигурации может, в частности, изменяться с помощью по меньшей мере одной перемычки, которая переставляется в соответствии с состоянием. Состояние может устанавливаться на заводе или на складе перед продажей устройства генерации света и/или оно может устанавливаться покупателем перед использованием. Оно может, например, устанавливаться вручную или с помощью простых инструментов типа отвертки или пинцета.
Поскольку одно устройство часто будет предназначаться для использования в районе с известным напряжением электрической сети, состояние конфигурационной схемы может адаптироваться без необходимости в контроллере для обнаружения напряжения. Данная ситуация аналогична в случае покупателя, который знает, какое напряжение электрической сети используется в районе его проживания. Хотя данный вариант осуществления не является «безотказным» в том отношении, что может быть выбрано неправильное состояние, он может быть экономически эффективным благодаря упрощению требуемых управляющих схем.
В качестве альтернативы или дополнительно конфигурационная схема может, например, содержать несколько MOSFET в качестве переключаемых блоков объединения, при этом контроллер может быть соединен с базой каждого MOSFET для управления его сопротивлением. В связи с этим конфигурационная схема в данном случае может составлять часть переключательной матрицы. Как правило, соединение между контроллером и конфигурационной схемой может быть любого проводного или беспроводного типа.
В предыдущем варианте осуществления, кроме того, предпочтительно, чтобы контроллер был выполнен с возможностью управления конфигурационной схемой и чтобы контроллер был дополнительно выполнен с возможностью определения эффективного значения переменного рабочего напряжения и управления режимом переключения упомянутой конфигурационной схемы и/или переключательной матрицы в зависимости от упомянутого эффективного значения.
При этом «эффективное значение» относится к любому значению, характерному для средней величины напряжения в течение долгого времени. Например, такое эффективное значение может относиться к среднеквадратичному значению напряжения (то есть приблизительно 230 В для европейского напряжения электрической сети) или к амплитуде (то есть приблизительно 325 В для европейского напряжения электрической сети). В данном варианте осуществления контроллер дополнительно обнаруживает тип подачи напряжения - предпочтительно непосредственно после соединения устройства генерации света с источником питания или после его включения. Поскольку обнаружение начинается в случайный момент времени, контроллер должен контролировать временную эволюцию напряжения по меньшей мере в течение некоторого времени (например, в течение нескольких периодов). Для синусоидального напряжения, например, на первом этапе длительность периода может определяться обнаружением переходов через нулевой уровень напряжения, а на втором этапе амплитуда определяется измерением полупериода напряжения после перехода через нулевой уровень.
На основе определенного эффективного значения контроллер может управлять основной установкой режима переключения согласно соответствующему уровню напряжения, например, общей параллельной или последовательной установкой.
В случае, если каждая из светодиодных цепей содержит два светодиодных блока, особенно предпочтительно, чтобы контроллер соединял указанные два светодиодных блока друг с другом последовательно в том случае, если эффективное напряжение соответствует напряжению электрической сети 230 В. Дополнительно или в качестве альтернативы и, кроме того, предпочтительно контроллер соединяет два светодиодных блока друг с другом параллельно в том случае, если эффективное напряжение соответствует напряжению электрической сети 120 В.
В соответствии с патентоспособным способом работы устройства генерации света в соответствии с настоящим аспектом изобретения устройство генерации света снабжено по меньшей мере входом напряжения для приема переменного рабочего напряжения и по меньшей мере тремя светодиодными цепями, соединенными с упомянутым входом напряжения, причем каждая светодиодная цепь содержит по меньшей мере светодиодный блок и управляемый регулятор тока, соединенный с упомянутым светодиодным блоком и выполненный с возможностью управления током в упомянутой светодиодной цепи. Упомянутое устройство генерации света дополнительно содержит управляемую переключательную матрицу, соединенную по меньшей мере с упомянутыми тремя светодиодными цепями и содержащую множество переключателей, причем упомянутая переключательная матрица выполнена с возможностью работы по меньшей мере в двух разных режимах переключения в зависимости от упомянутого переменного рабочего напряжения. По меньшей мере два из упомянутых светодиодных блоков соединены друг с другом параллельно в первом режиме переключения и соединены последовательно во втором режиме переключения.
Безусловно, устройство генерации света может работать в соответствии с одним или более из вышеописанных вариантов осуществления.
Устройство генерации света в соответствии со вторым аспектом изобретения, то есть «линейной концепцией с отводами» содержит вход напряжения, выполненный с возможностью приема переменного рабочего напряжения, такого как, например, типичное напряжение электрической сети АС. По меньшей мере два светодиодных блока соединены с упомянутым входом напряжения. Кроме того, устройство генерации света содержит конфигурационную схему, соединенную с упомянутыми, меньшей мере, двумя светодиодными блоками, причем упомянутая конфигурационная схема выполнена с возможностью соединения по меньшей мере двух из упомянутых светодиодных блоков параллельно друг другу в первом состоянии и последовательно друг с другом во втором состоянии для обеспечения адаптации уровня напряжения.
Устройство генерации света в соответствии с настоящим аспектом изобретения также содержит по меньшей мере одну управляемую шунтирующую цепь, которая выполнена с возможностью обеспечения по меньшей мере в упомянутом втором состоянии низковольтного режима, в котором упомянутая шунтирующая цепь обеспечивает обход по меньшей мере одного светодиодного блока. Устройство генерации света выполнено таким образом, что обход обеспечивается в зависимости от мгновенной амплитуды упомянутого рабочего напряжения.
Как отмечалось выше, конфигурационная схема выполнена с возможностью соединения указанных по меньшей мере двух светодиодных блоков параллельно друг другу в первом состоянии и последовательно друг другу во втором состоянии. Устройство генерации света в соответствии с изобретением посредством этого позволяет адаптировать установку устройства генерации света в соответствии с напряжением, приложенным к входу напряжения во время работы. Указанные по меньшей мере два состояния отличаются друг от друга общим прямым напряжением устройства генерации света. В контексте настоящего изобретения термин «общее прямое напряжение» устройства генерации света относится к общему падению напряжения на светодиодных блоках, когда упомянутое рабочее напряжение приложено к входу напряжения.
В частности, как описывается ниже, состояние конфигурационной схемы может устанавливаться однократно перед подключением устройства к источнику питания или при подключении. Первое (второе) состояние соответствует более низкому (высокому) максимальному напряжению, которое должно ожидаться.
Кроме того, постоянные изменения мгновенной амплитуды питающего напряжения (например, в выпрямленном синусоидальном напряжении) обусловлены указанной по меньшей мере одной шунтирующей цепью. Если мгновенное напряжение является слишком низким для питания всех светодиодных блоков, шунтирующая цепь может обеспечивать обход по меньшей мере одного светодиодного блока, поэтому (эффективное) общее прямое напряжение снижается.
В связи с этим изобретение в соответствии с настоящим вторым аспектом благодаря указанным по меньшей мере двум состояниям обеспечивает адаптацию устройства к уровню напряжения электрической сети (например, 120 В/230 В) и одновременно с этим обеспечивает «динамическую» адаптацию прямого напряжения устройства к переменному рабочему напряжению.
Как отмечалось выше, устройство генерации света в соответствии с изобретением содержит вход напряжения, выполненный с возможностью приема переменного рабочего напряжения. Рабочее напряжение может, например, соответствовать напряжению АС, то есть напряжению от электрической сети 120 В или 230 В. Устройство генерации света в соответствии с изобретением при этом предпочтительно может быть выполнено с возможностью работы при АС.
В контексте настоящего изобретения термин «переменное рабочее напряжение» относится к напряжению, которое изменяется со временем. Переменное рабочее напряжение может представлять собой периодически изменяющееся напряжение; однако и наиболее предпочтительно переменное рабочее напряжение представляет собой однополярное напряжение, такое как, например, выпрямленное напряжение АС.
Вход напряжения в соответствии с изобретением может быть любого применимого типа и, например, содержать по меньшей мере два электрических контакта, например, ламели, контактные площадки или какой-либо иной применимый соединитель или штекер для подключения к электропитанию или электрической сети. Вход напряжения может, безусловно, содержать дополнительные компоненты или схемы, такие как, например, выпрямитель для подачи однополярного переменного напряжения на светодиодные блоки или фильтрующее устройство для сглаживания выпрямленного рабочего напряжения. В качестве альтернативы или дополнительно вход напряжения может содержать дополнительные механические компоненты, например, соответствующий отдельный электрический соединитель в случае, если предусматривается отключение устройства генерации света от электропитания. Наиболее предпочтительно вход напряжения содержит ламповый патрон, такой как, например, патрон типа Е27 или Е14.
Как упоминалось выше, устройство генерации света в соответствии с настоящим аспектом изобретения дополнительно содержит по меньшей мере два светодиодных блока, соединенных с упомянутым входом напряжения. Указанные по меньшей мере два светодиодных блока могут быть соединены с входом напряжения прямо или косвенно через промежуточные компоненты или схемы таким образом, что в случае, если упомянутое рабочее напряжение подается на вход напряжения, напряжение может быть подано на светодиодные блоки. Светодиодные блоки могут быть любого применимого типа и содержать по меньшей мере один светодиод (LED), который в контексте настоящего изобретения может представлять собой твердотельный источник света любого типа, такой как неорганический светодиод, органический светодиод или твердотельный лазер, например, лазерный диод. Светодиодный блок, безусловно, может содержать более одного из вышеупомянутых компонентов, соединенных последовательно и/или параллельно.
В сферах применения общего освещения светодиодный блок может предпочтительно содержать по меньшей мере один многопереходный светодиод, предпочтительно - несколько многопереходных светодиодов с практически одинаковым прямым напряжением (Vf). Цепочка всех светодиодов, рассчитанная на напряжение электрической сети 230 В, будет иметь прямое напряжение от 200 до 300 В, предпочтительно - от 250 В до 290 В, а наиболее предпочтительно - от 260 до 285 В. Для напряжения электрической сети 120 В цепочка всех светодиодов имеет прямое напряжение от 100 до 160 В, предпочтительно - от 122 до 144 В, а наиболее предпочтительно - от 130 до 140 В.
Светодиодный блок, безусловно, может содержать дополнительные электрические, электронные или механические компоненты, такие как блок управления, например, для установки яркости и/или цвета, сглаживающий каскад или емкостный фильтр.
Конфигурационная схема помимо постоянных электрических соединений содержит по меньшей мере один переключаемый блок объединения, который может представлять собой переключатель, такой как аналоговый переключатель или реле, транзистор, FET и т.п. В предыдущих случаях конфигурационная схема может соответствовать переключательной матрице.
В соответствии с другим вариантом, переключаемый блок объединения может представлять собой, например, перемычку. Как правило, конфигурационная схема содержит множество переключаемых блоков объединения, которые необходимы для обеспечения разных соединений в первом и втором состояниях.
Вышеупомянутая по меньшей мере одна управляемая шунтирующая цепь выполнена с возможностью обеспечения по меньшей мере в упомянутом втором состоянии низковольтного режима, в котором упомянутая шунтирующая цепь обеспечивает обход по меньшей мере одного светодиодного блока. Термин «обход» в данном случае означает, что путем управления шунтирующей цепью может размыкаться/замыкаться токопроводное соединение или токовая цепь, не включающая в себя светодиодный блок, который должен быть обойден, либо протекание электрического тока через эту цепь может быть изменено. Например, шунтирующая цепь может быть подключена параллельно указанному светодиодному блоку. Возможно также, что осуществляется обход более чем одного светодиодного блока. Например, в состоянии, в котором все светодиодные блоки подключены последовательно, шунтирующая цепь, связанная с первым светодиодным блоком («первым» по отношению к входу напряжения), может быть выполнена с возможностью обхода только второго светодиодного блока или обхода нескольких светодиодных блоков, в частности, всех последующих светодиодных блоков. При этом даже если мгновенное рабочее напряжение ниже, чем общее прямое напряжение, может загораться один или несколько светодиодных блоков, поскольку общее прямое напряжение может факультативно быть «понижено» путем обхода одного или нескольких светодиодных блоков.
В соответствии с настоящей «линейной концепцией с отводами», устройство генерации света выполнено таким образом, что обход обеспечивается в зависимости от мгновенной амплитуды рабочего напряжения. Для этой цели устройство генерации света может предпочтительно содержать контроллер, который соединен с указанной по меньшей мере одной шунтирующей цепью и управляет состоянием шунтирующей цепи (цепей). Контроллер, в свою очередь, может быть соединен с детектором напряжения с целью обнаружения мгновенной амплитуды рабочего напряжения. В соответствии с другим вариантом, может обнаруживаться падение напряжения на заданном светодиодном блоке. Например, если падение напряжения ниже прямого напряжения светодиодного блока, будет обеспечен его обход. Ясно, что в данном случае и далее «контроллер» может представлять собой одно устройство или может состоять из нескольких делокализованных компонентов.
Контроллер может быть любого применимого типа, и, в частности, контроллер может включать в себя микроконтроллер, вычислительное устройство и/или асинхронную машину состояний, содержащую по меньшей мере логический вентиль, триггер и/или компаратор.
Хотя будет иметься некоторое изменение яркости, поскольку осуществляется обход части светодиодных блоков по меньшей мере некоторые из светодиодных блоков активны в течение наибольшей части сигнала. В линейной концепции с отводами весьма предпочтительно, чтобы осуществлялось некоторое управление для обеспечения обхода светодиодного блока только в том случае, если мгновенное питающее напряжение является слишком низким для активации этого светодиодного блока.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления линейной концепции с отводами по меньшей мере одна из шунтирующих цепей обеспечивает прямое соединение с заземлением, то есть если эта шунтирующая цепь соответствующим образом управляется, осуществляется обход всех «следующих» светодиодных блоков. В соответствии с другим типом по меньшей мере одна шунтирующая цепь подключается параллельно светодиодному блоку таким образом, что в тех случаях, когда эта шунтирующая цепь находится в состоянии низкого сопротивления, осуществляется обход светодиодного блока.
Шунтирующая цепь выполнена с возможностью управления ей для установки в по меньшей мере состояние высокого сопротивления и состояние низкого сопротивления. Предпочтительно она дополнительно выполнена с возможностью по меньшей мере ограничения протекающего через нее тока или управления им. В последнем случае шунтирующая цепь может быть выполнена с регулятором тока, имеющим режим номинального тока и выключенное состояние, которые будут дополнительно упоминаться ниже.
Шунтирующая цепь может, например, содержать переключатель, такой как аналоговый переключатель или реле, факультативно подключенный последовательно с резистором, либо применимый источник тока или устройство отдачи тока, такое как обычный транзистор, FET или источник тока на операционном усилителе. Применимые источники тока можно, например, найти в главе 13.3 издания «Полупроводниковая схемотехника», У. Титце, Ч. Шенк («Halbleiterschaltungstechnik», U. Tietze, Ch. Schenk), 10-е издание, Springer Verlag.
Устройство генерации света может, безусловно, содержать дополнительные компоненты, например, один или более дополнительных светодиодов, корпус, одну или более розеток, сглаживающий каскад, схему фильтра мерцаний и/или дополнительные управляющие схемы, например, для установки цвета излучаемого света в случае по меньшей мере одного светодиодного RGB-блока. Предпочтительно устройство генерации света предусматривается в виде интегрированного блока, такого как лампа, наиболее предпочтительно приспособленного для использования при модернизации.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего аспекта устройство генерации света содержит по меньшей мере три светодиодных блока, причем и в упомянутом первом состоянии, и в упомянутом втором состоянии первый светодиодный блок и второй светодиодный блок соединены друг с другом последовательно, а упомянутая шунтирующая цепь выполнена с возможностью обеспечения обхода упомянутого второго светодиодного блока. То есть независимо от состояния конфигурационной схемы можно обойти второй светодиодный блок. Данный вариант осуществления обеспечивает лучшую гибкость в отношении мгновенного значения рабочего напряжения.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройство генерации света содержит по меньшей мере три светодиодных блока и по меньшей мере две шунтирующие цепи. При этом по меньшей мере во втором состоянии первый, второй и третий светодиодные блоки соединены последовательно. Первая шунтирующая цепь выполнена с возможностью обеспечения обхода упомянутого второго светодиодного блока, а вторая шунтирующая цепь выполнена с возможностью обеспечения обхода упомянутого третьего светодиодного блока.
Это наиболее простая форма «многоэтапной адаптации» в соответствии с мгновенным рабочим напряжением. Например, когда это напряжение выше общего прямого напряжения всех трех светодиодных блоков, обе шунтирующие цепи деактивируются. Когда это напряжение является слишком низким для питания всех трех светодиодных блоков, но достаточно высоко для питания первых двух, активируется вторая шунтирующая цепь для обеспечения обхода третьего светодиодного блока. Когда это напряжение является слишком высоким лишь для питания первого светодиодного блока, первая и вторая шунтирующие цепи активируются для обеспечения обхода второго и третьего светодиодных блоков.
Разумеется, вышеупомянутые варианты осуществления предпочтительно могут быть объединены таким образом, что многоэтапная адаптация возможна как в первом состоянии, так и во втором. Это влечет за собой необходимость по меньшей мере в четырех светодиодных блоках. Например, шесть светодиодных блоков могут быть попарно соединены параллельно в первом состоянии, в то время как все шесть блоков попарно соединены последовательно во втором состоянии.
Возможность соединения с помощью конфигурационной схемы светодиодных блоков в соответствии с тремя или более состояниями находится в пределах объема изобретения.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления устройство генерации света дополнительно содержит контроллер, как отмечалось выше. Наиболее предпочтительно контроллер выполнен с возможностью (например, единовременного) определения эффективного значения переменного рабочего напряжения и управления состоянием конфигурационной схемы в зависимости от упомянутого эффективного значения. При этом «эффективное значение» относится к любому значению, характерному для средней величины напряжения в течение долгого времени. Например, такое эффективное значение может относиться к среднеквадратичному значению напряжения (то есть приблизительно 230 В для европейского напряжения электрической сети) или к амплитуде (то есть приблизительно 325 В для европейского напряжения электрической сети). В данном варианте осуществления контроллер обнаруживает тип подачи напряжения по меньшей мере однократно, предпочтительно - непосредственно после соединения устройства генерации света с источником питания или после его включения. Поскольку обнаружение начинается в случайный момент времени, контроллер должен контролировать временную эволюцию напряжения по меньшей мере в течение некоторого времени (например, в течение нескольких периодов). Для синусоидального напряжения, например, на первом этапе длительность периода может определяться обнаружением переходов через нулевой уровень напряжения, а на втором этапе амплитуда определяется измерением полупериода напряжения после перехода через нулевой уровень.
В данном варианте осуществления контроллер соединен по меньшей мере с конфигурационной схемой. Конфигурационная схема может, например, включать в себя несколько MOSFET в качестве переключаемых блоков объединения, а контроллер может быть подключен к базе каждого MOSFET для управления его сопротивлением. В связи с этим конфигурационная схема в данном случае соответствует упомянутой переключательной матрице. Как правило, соединение между контроллером и конфигурационной схемой может быть любого проводного или беспроводного типа.
В еще одном варианте осуществления состояние конфигурационной схемы может изменяться механически. Это в значительной мере является альтернативой вышеупомянутому варианту осуществления, в котором контроллер обнаруживает тип питающего напряжения, но может использоваться также в дополнение к предыдущему варианту осуществления. Состояние конфигурации может, в частности, изменяться с помощью по меньшей мере одной перемычки, которая переставляется в соответствии с состоянием. Состояние может устанавливаться на заводе или на складе перед продажей устройства генерации света и/или оно может устанавливаться покупателем перед использованием. Оно может, например, устанавливаться вручную или с помощью простых инструментов типа отвертки или пинцета.
Поскольку одно устройство часто будет предназначаться для использования в районе с известным напряжением электрической сети, состояние конфигурационной схемы может адаптироваться без необходимости в контроллере для обнаружения напряжения. Данная ситуация аналогична в случае покупателя, который знает, какое напряжение электрической сети используется в районе его проживания. Хотя данный вариант осуществления не является «безотказным» в том отношении, что может быть выбрано неправильное состояние, он может быть экономически эффективным благодаря упрощению требуемых управляющих схем.
Как уже упоминалось выше, можно допустить, что линейная концепция с отводами объединяется с концепцией динамического переключения. Аналогичным образом любые признаки, описанные выше в контексте предпочтительных вариантов осуществления одной концепции, могут использоваться применительно к соответствующей другой концепции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения будут понятны из описанных ниже вариантов осуществления и поясняются со ссылками на эти варианты осуществления, в которых:
фиг. 1 представляет собой блок-схему, на которой схематически показан вариант осуществления устройства генерации света в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения;
на фиг. 2 показана подробная блок-схема переключательной матрицы и светодиодных цепей в соответствии с вариантом осуществления, изображенным на фиг. 1;
на фиг. 3 показана временная диаграмма работы варианта осуществления в соответствии с фиг. 1;
фиг. 4A-4D иллюстрируют несколько режимов переключения переключательной матрицы в соответствии с фиг. 2 в виде схематических изображений;
фиг. 5 представляет собой схематическое изображение второго варианта осуществления устройства генерации света в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения;
фиг. 6A-6В иллюстрируют два режима переключения устройства генерации света в соответствии с фиг. 5;
на фиг. 7 показано схематическое изображение третьего варианта осуществления устройства генерации света в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения; и
фиг. 8A-8В иллюстрируют два режима переключения устройства генерации света в соответствии с фиг. 7.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
IN
На фиг. 1 схематически показан вариант осуществления устройства 1 генерации света в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 1 генерации света имеет вход 21 напряжения, выполненный с возможностью приема переменного рабочего напряжения, такого как напряжение сети АС. Вход 21 напряжения соединен с обычным мостиковым выпрямителем 23 для приема переменного напряжения и выдачи выпрямленного однополярного напряжения U в переключательную матрицу 30. Соответствующий выходной сигнал 12 выпрямителя 23 изображен на фиг. 3.
IN
Выпрямитель 23 соединен с контактом 31 входа напряжения переключательной матрицы 30 для выдачи упомянутого выпрямленного напряжения U в переключательную матрицу 30. Переключательная матрица 30 соединена с множеством из по меньшей мере трех светодиодных цепей 10. Как видно на фиг. 1, в соответствии с настоящим вариантом осуществления предусматриваются четыре светодиодные цепи 10a, 10b, 10c, 10d. Хотя на фиг. 1 показано множество из четырех светодиодных цепей 10, безусловно, возможно, что предусматривается иное число светодиодных цепей 10, соответствующим образом соединенных с переключательной матрицей 30.
Каждая из светодиодных цепей 10a-10d содержит светодиодный блок 14a-14d и управляемый регулятор 15a-15d тока. В соответствии с настоящим вариантом осуществления, каждый светодиодный блок 14 содержит светодиод (LED); однако светодиодные блоки 14 могут, безусловно, содержать более одного светодиода, соединенного друг с другом последовательно и/или параллельно. Регуляторы 15 тока предусматриваются для установления тока в каждой соответствующей светодиодной цепи 10 на заданном уровне тока, который для каждого из регуляторов 15 тока устанавливается отдельно контроллером 50 с помощью соответствующих управляющих соединений 16.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления контроллер 50 содержит микропроцессор (не показан), имеющий в своей памяти применимое программирование. Помимо соединения с регуляторами 15 тока контроллер 50 дополнительно соединен с управляющим входом 35 переключательной матрицы 30 для установки переключательной матрицы 30 в один из множества заданных режимов переключения, как подробно объясняется ниже со ссылкой на нижеследующие чертежи. Чтобы установить соответствующий режим переключения, контроллер 50 дополнительно соединен с выпрямителем 23 через соединение 24 для приема значений, соответствующих мгновенной амплитуде переменного рабочего напряжения, приложенного к входу 21 напряжения.
Функциональные возможности устройства 1 генерации света объясняются ниже со ссылкой на фиг. 2, на которой показана подробная блок-схема светодиодных цепей 10a-10d и переключательной матрицы 30 в соответствии с вариантом осуществления, изображенным на фиг. 1.
Как видно на фиг. 2, переключательная матрица 30 содержит три переключателя 25, 26, 27, предусмотренные для обеспечения последовательного и/или параллельного соединения светодиодных блоков 14a-14d соответствующих светодиодных цепей 10a-10d. В соответствии с настоящим примером, переключатели 25, 26, 27 представляют собой биполярные или полевые транзисторы, индивидуально управляемые контроллером 50 через управляющий вход 35. Предусматриваются мостиковые схемы 28, позволяющие последовательно соединять по меньшей мере два из светодиодных блоков 14a-14d. В каждой из мостиковых схем 28 диод 29 выполнен с возможностью обеспечения легкого последовательного соединения последующих светодиодных блоков 14a-14d в том случае, если один из переключателей 25, 26, 27 открыт. Как видно на фиг. 2, регуляторы 15a-15d тока соединены последовательно с соответствующими светодиодными блоками 14a-14d светодиодных цепей 10a-10d по меньшей мере в том случае, если все переключатели 25, 26, 27 замкнуты, вызывая параллельное соединение всех светодиодных блоков 14a-14d.
IN
Как отмечалось выше, контроллер 50 предусматривается для определения переменного рабочего напряжения U на соединении 24 для установки режима переключения переключательной матрицы 30. Кроме того, контроллер 50 снабжен четырьмя детекторами 2a-2d напряжения для определения напряжения на каждом из регуляторов 15a-15d тока и детекторами 3a-3d тока для определения тока, протекающего через каждый из регуляторов 15a-15d тока.
Контроллер 50 позволяет установку переключательной матрицы 30 и посредством этого переключателей 25, 26, 27 во множественные режимы переключения. Четыре из наиболее важных режимов переключения описываются ниже со ссылкой на фиг. 4A-4D, на которых показано результирующее электрическое соединение светодиодных блоков 14a-14d и регуляторов 15a-15d тока с контактом 31 входа напряжения переключательной матрицы 30 и, следовательно, с электропитанием. Для упрощения переключательная матрица 30, переключатели 25, 26, 27 и прочие компоненты устройства 1 на фиг. 4A-4D не показаны.
f
Изображенные на фиг. 4A-4D режимы переключения отличаются друг от друга общим прямым напряжением V, то есть общим падением напряжения на светодиодных цепях 10a-10d, когда упомянутое рабочее напряжение приложено к входу 21 напряжения.
f1
На фиг. 4A изображен первый режим переключения. Как видно на чертеже, все переключатели 25-27 переключательной матрицы 30 установлены в замкнутое проводящее состояние. В связи с этим светодиодные блоки 14a-14d соединены друг с другом параллельно, вызывая низкое общее прямое напряжение V.
NOM
В настоящем первом режиме переключения регуляторы 15a-15d тока устанавливаются с тем, чтобы обеспечивать номинальный ток, который соответствует номинальному току соответствующего светодиодного блока 14a-14d - I. Благодаря выполненному посредством этого последовательному соединению каждого из регуляторов 15a-15d тока с соответствующими связанными с ними светодиодными блоками 14a-14d светодиодных цепей 10a-10d управление током в каждой из светодиодных цепей 10a-10d может осуществляться независимо, что предпочтительно позволяет использовать так называемые «неотсортированные» светодиоды, поэтому предотвращаются неравномерности светового выхода, например, мерцание и стробоскопические эффекты.
NOM
f2
f1
Второй режим переключения изображен на фиг. 4В. В соответствии со вторым режимом переключения, переключатели 25, 27 устанавливаются в открытое непроводящее состояние. Переключатель 26 устанавливается в замкнутое положение. В соответствии с настоящим вторым режимом переключения, регуляторы 15а, 15с тока устанавливаются в выключенное состояние, как показано пунктирными линиями на фиг. 4В, поэтому значительный ток через эти регуляторы тока не протекает. Соответствующим образом оставшиеся регуляторы 15а, 15с тока устанавливаются в вышеупомянутый режим номинального тока, поэтому ток через обе параллельные цепи обеспечивается равным I. В связи с этим состояние переключения предусматривает, что светодиодные блоки 14a и 14b, а также 14с и 14d соединяются последовательно, в то время как общие два последовательных соединения соединяются параллельно друг другу. Второй режим переключения при этом приводит к общему прямому напряжению V, более высокому, чем общее прямое напряжение V в первом режиме переключения в соответствии с фиг. 4А.
NOM
f3
f1,2,4
Третий режим переключения изображен на фиг. 4С. Как видно на чертеже, все светодиодные блоки 14a-14d соединены последовательно. Для установки переключательной матрицы 30 в третий режим переключения все переключатели 25-27 устанавливаются в открытое непроводящее состояние. Регуляторы 15а-15с тока соответствующим образом устанавливаются в вышеупомянутое выключенное состояние, в то время как регулятор 15d тока устанавливается в режим номинального тока, поэтому ток обеспечивается равным I. Изображенный третий режим переключения обеспечивает общее прямое напряжение V, более высокое, чем прямое напряжение V во всех остальных режимах.
f4
f2
f3
Еще один - факультативный - режим переключения изображен на фиг. 4D. Как видно на чертеже, светодиодные блоки 14a-14с соединены друг с другом последовательно. Для установки переключательной матрицы в настоящий четвертый режим переключения переключатели 25, 26 устанавливаются в открытое состояние. Регуляторы 15а, 15b тока устанавливаются в выключенное состояние. Четвертый режим переключения обеспечивает промежуточное общее прямое напряжение V, более высокое, чем прямое напряжение V в соответствии со вторым режимом переключения, но более низкое, чем общее прямое напряжение V в третьем режиме переключения.
NOM
Как показано на фиг. 4D, светодиодный блок 14d подключен параллельно светодиодному блоку 14с, что достигается установкой переключателя 27 в замкнутое состояние. Поскольку в связи с этим ток совместно используется светодиодными блоками 14с и 14d, каждый из регуляторов 15с и 15d тока устанавливается в режим пониженного тока, который соответствует приблизительно 2/3 от I. Однако следует отметить, что в четвертом режиме переключения в соответствии с другим вариантом можно устанавливать регулятор 15d тока в выключенное состояние, что вызывает соответствующее промежуточное общее прямое напряжение. Однако изображенный на фиг. 4D режим работы имеет преимущество, состоящее в том, что на все четыре светодиодных блока 14а-14d в этом режиме подается рабочий ток, приводя к усиленному и равномерному световому выходу.
IN
IN
Соответствующий режим переключения устанавливается контроллером 50, главным образом, в зависимости от мгновенного значения рабочего напряжения U, принимаемого через соединение 24. Однако, как упоминалось выше, в связи с тем, что электрические характеристики светодиодных блоков 14а-14d могут отличаться друг от друга, контроллер 50 контролирует напряжения и соответствующие токи в каждой из светодиодных цепей 10а-10d с помощью детекторов 2а-2d напряжения и соответствующих детекторов 3а-3d тока. Контроллер 50 определяет мгновенное значение рабочего напряжения U, напряжения и токи в светодиодных цепях 10а-10d квазинепрерывно, поэтому изменение в напряжениях и/или токах может быть эффективно обнаружено.
IN
f
Выходной сигнал 12 выпрямителя 23 изображен в верхней части временной диаграммы, показанной на фиг. 3. Как отмечалось выше, выпрямитель 23 выдает выпрямленное однополярное напряжение U. Контроллер 50 определяет мгновенное значение напряжения 12 и устанавливает переключательную матрицу 30 в режим переключения таким образом, что общее прямое напряжение устройства 1 генерации света приблизительно соответствует переменному рабочему напряжению, например, выходному сигналу 12. Соответствующее общее прямое напряжение V показано в нижней части фиг. 3.
NOM
in
При подключении устройства 1 генерации света к электропитанию переключательная матрица 30 сначала устанавливается в первый режим переключения, поскольку первый режим переключения является наиболее согласованным рабочим режимом, независимым от мгновенного значения рабочего напряжения. Контроллер 50 соответствующим образом устанавливает переключатели 25, 26, 27 в замкнутое состояние и обеспечивает в регуляторах 15 тока I. Затем контроллер 50 определяет, повышается ли рабочее напряжение U и соответствует ли оно следующим уравнениям:
a
in
b
<mrow />
U>U-U и
(1)
c
in
d
<mrow />
U>U-U,
(2)
in
a-d
a-d
чтобы определить, достаточно ли высоко рабочее напряжение U для переключения во второй режим переключения. В дальнейшем переменные U и I относятся к напряжениям и токам в соответствующих светодиодных цепях 10а-10d, определяемым с помощью детекторов 2а-2d напряжения и детекторов 3а-3d тока соответственно.
in
in
В случае, если рабочее напряжение U достаточно высоко для удовлетворения приведенных выше уравнений, переключательная матрица 30 устанавливается во второй режим переключения, как показано на фиг. 4В. В случае если электрические характеристики светодиодных блоков 14а-14d существенно отличаются друг от друга, может оказаться возможным, что, например, напряжение U достаточно высоко для питания последовательно соединенных светодиодных блоков 14а и 14b, и в то же время данное напряжение не обеспечивает последовательного соединения светодиодных блоков 14c и 14d. В этом случае из двух приведенных выше уравнений будет удовлетворяться лишь уравнение (1), и в соответствии с этим лишь два светодиодных блока 14а и 14b соединяются последовательно, в то время как светодиодные блоки 14c и 14d остаются соединенными параллельно друг другу и последовательному соединению светодиодных блоков 14а, 14b.
in
В случае если напряжение U достаточно высоко для питания трех из последовательно соединенных светодиодных блоков 14а-14d, то есть
b
in
c
U>U-U, и
b
c
d
U>U-U,
NOM
переключательная матрица устанавливается контроллером 50 в четвертый режим переключения, в котором, как упоминалось, переключатели 25, 26 открыты, а переключатель 27 замкнут. Регуляторы 15a, 15b тока устанавливаются в выключенное в состояние, а в каждом из регуляторов 15c и 15d тока устанавливается 2/3×I.
in
in
f
В случае дальнейшего повышения U, то есть в случае, если рабочее напряжение U достаточно высоко для питания четырех последовательно соединенных светодиодных блоков 14а-14d, переключательная матрица 30 устанавливается в третий режим переключения, демонстрируя наибольшее прямое напряжение V. Контроллер 50 соответствующим образом определяет, удовлетворяется ли нижеследующее уравнение, чтобы установить переключательную матрицу 30 из четвертого режима переключения в третий:
c
b
d
U>U-U.
in
f
При уменьшении рабочего напряжения U переключательная матрица 30 соответствующим образом устанавливается в наиболее применимый режим переключения, имеющий наименьшее прямое напряжение V, таким образом, что светодиодные блоки 14а-14d все еще могут работать.
f
f
in
in
in
В то время как в вышеописанном случае, то есть при переключении из режима, имеющего более низкое прямое напряжение V, в режим, демонстрирующий более высокое прямое напряжение V, достаточно определить напряжения в каждой из переключательных цепей 10а-10d и рабочее напряжение U, в случае уменьшения рабочего напряжения U предпочтительно определить наиболее применимый режим переключения на основе токов в каждой из светодиодных цепей 10а-10d. Соответствующая работа предпочтительно предотвращает рабочее состояние, в котором напряжение U уже упало ниже прямого напряжения, необходимого для питания светодиодных блоков 14а-14d в соответствующем режиме переключения. В связи с этим предусматривается контроллер 50 для определения существенного уменьшения токов, определяемых детекторами 3а-3d тока.
Таким образом, контроллер 50 переводит переключательную матрицу 30 из третьего режима переключения в четвертый режим переключения, когда удовлетворяется следующее уравнение:
d
NOM
I<0,95×I.
В связи с этим контроллер 50 переводит переключательную матрицу 30 из четвертого режима переключения во второй в том случае, когда удовлетворяется следующее уравнение:
c
d
NOM
I+I<1,333×0,95×I.
В случае если контроллер 50 обнаруживает, что
b
NOM
I<0,95×I и/или
d
NOM
I<0,95×I,
переключательная матрица переводится из второго режима переключения в первый режим переключения, причем, как отмечалось выше, возможно, что светодиодные блоки 14а и 14b и светодиодные блоки 14c и 14d независимо переводятся в первый режим переключения.
В любом случае контроллер 50 соответствующим образом определяет наиболее применимый режим переключения для обеспечения непрерывного светового выхода без мерцания и стробоскопических эффектов.
Из вышеописанного станет ясно, что устройство 1 генерации света выбирает режим переключения, который наилучшим образом соответствует мгновенному напряжению. Кроме того, устройство 1 может дополнительно использоваться с системами разного напряжения электрической сети, например, 120 В и 240 В. Например, если устройство 1 рассчитано на напряжение электрической сети 240 В и работает при 120 В, в данном случае также используется наиболее применимый режим переключения. Безусловно, в зависимости от конкретной установки некоторые режимы переключения в данном сценарии могут остаться неиспользованными.
На фиг. 5 изображен еще один вариант осуществления устройства 101 генерации света в соответствии с настоящим изобретением. Данный вариант осуществления соответствует линейной концепции с отводами. Устройства 101 генерации света содержат шесть светодиодных блоков 114a-114f, каждый из которых в настоящем варианте осуществления включает в себя группу светодиодов приблизительно на 48 В. Светодиодные блоки 114 могут подключаться с помощью конфигурационной схемы 130, которая содержит набор из пяти переключателей 125-129. В данном случае переключатели 125-129 также могут представлять собой биполярные или полевые транзисторы.
Первый, второй и третий светодиодные блоки 114а-114с соединены последовательно, а четвертый, пятый и шестой светодиодные блоки 114d-114f также соединены последовательно. Третий и четвертый светодиодные блоки 114с, 114d могут подключаться последовательно через первый переключатель 125. Отрицательные выводы третьего и шестого светодиодных блоков 114с, 114f могут подключаться через второй переключатель 126. Положительные выводы третьего и шестого светодиодных блоков 114с, 114f могут подключаться через третий переключатель 127. Положительные выводы второго и пятого светодиодных блоков 114b, 114e могут подключаться через четвертый переключатель 128. Положительные выводы первого и четвертого светодиодных блоков 114а, 114d могут подключаться через пятый переключатель 129.
Кроме того, отрицательный вывод второго светодиодного блока 114b соединяется с заземлением через первую шунтирующую цепь 110а, содержащую регулятор 115а тока. Аналогичным образом отрицательный вывод четвертого светодиодного блока 114d соединяется с заземлением через вторую шунтирующую цепь 110b со вторым регулятором 115b тока, отрицательный вывод пятого светодиодного блока 114с соединяется с заземлением через третью шунтирующую цепь 110с с регулятором 115с тока, а отрицательный вывод шестого светодиодного блока 114f соединяется с заземлением через четвертый регулятор 115d тока. Положительный вывод первого светодиодного блока 114а принимает через контакт 121 источника питания выпрямленное питающее напряжение V_RECT, которое возникает в результате выпрямления напряжения электрической сети.
Устройство 101 генерации света также содержит контроллер 150, который управляет переключателями 125-129 в соответствии с состоянием конфигурационной схемы 130. Кроме того, контроллер 150 управляет регуляторами 115 тока.
В данном варианте осуществления состояние конфигурационной схемы 130 зависит от эффективного значения питающего напряжения. Чтобы определить эффективное значение, выпрямленное напряжение V_RECT подается на фильтр нижних частот, состоящий из резистора R и конденсатора С, который соединен с заземлением. При этом выпрямленное напряжение V_RECT сглаживается, и хотя оно не совсем постоянно во времени, оно всегда находится в пределах, например, 60-70% от амплитуды питающего напряжения. Следовательно, можно различать напряжение электрической сети 230 В и напряжение электрической сети 120 В. Это осуществляется двумя компараторами К1, К2, на которые после этого подается сглаженное напряжение. Каждый компаратор К1, К2 дополнительно принимает соответственно первое и второе опорное напряжение. Первый компаратор К1 принимает первое опорное напряжение V_REF1, например, 180 В, которое соответствует приблизительно 55% от амплитуды напряжения электрической сети 230 В, но находится выше амплитуды напряжения электрической сети 120 В. Если сглаженное напряжение больше опорного напряжения V_REF1, это указывает на то, что напряжение электрической сети составляет 230 В. В соответствии с этим первый компаратор К1 выдает сигнал в контроллер 150.
Аналогичным образом второй компаратор К2 принимает второе опорное напряжение V_REF2, например, 95 В, которое соответствует приблизительно 55% от амплитуды напряжения электрической сети 120 В. Если сглаженное напряжение больше опорного напряжения V_REF2, это указывает на то, что напряжение электрической сети составляет по меньшей мере 120 В. В соответствии с этим второй компаратор К2 выдает сигнал в контроллер 150.
Если контроллер 150 принимает сигнал от второго компаратора К2, но не принимает сигнал от первого компаратора К1, он установит переключатели 126-129 в первое состояние, в котором первый переключатель 125 открыт, а все остальные переключатели 126-129 замкнуты. В этом состоянии каждый из первого и четвертого светодиодных блоков 114а, 114d, второго и пятого светодиодных блоков 114b, 114e и третьего и шестого светодиодных блоков 114с, 114f попарно соединены параллельно. Кроме того, контроллер 150 устанавливает первый регулятор 115а тока в выключенное состояние.
Если контроллер 150 принимает сигнал от первого компаратора, он установит переключатели 125-129 в соответствии со вторым состоянием. В этом состоянии первый переключатель 125 замкнут, а все остальные переключатели 126-129 открыты. При этом все светодиодные блоки 114 соединены последовательно. При этом общее прямое напряжение устройства 101 генерации света является максимальным. Такое обнаружение и переключение выполняется лишь однократно, когда устройство 101 генерации света активируется, что является достаточным, поскольку тип напряжения электрической сети во время работы не изменяется.
Ниже объясняются два разных режима переключения со ссылкой на фиг. 6А и 6В, на которых изображены лишь светодиодные блоки 114, регуляторы 115 тока и соединения, обеспечиваемые конфигурационной схемой 130. Как видно на фиг. 6А, в первом состоянии первая пара светодиодных блоков 114а, 114d, вторая пара светодиодных блоков 114b, 114e и третья пара светодиодных блоков 114с, 114f попарно соединены параллельно друг другу. Следовательно, общее прямое напряжение устройства уменьшается до 144 В. В этом состоянии первый регулятор 115а тока постоянно находится в выключенном состоянии. Поскольку амплитуда напряжения электрической сети составляет всего лишь около 170 В, мгновенное значение рабочего напряжения будет ниже общего прямого напряжения во время большой части сигнала, деактивируя все светодиодные блоки 114. Однако регуляторы 115 тока подключены в обход последующих светодиодных блоков. Например, второй регулятор 115b тока обеспечивает обход относительно второго, третьего, пятого и шестого светодиодных блоков 114b, 114c, 114e, 114f. Совокупное прямое напряжение первого и четвертого светодиодных блоков 114а, 114d, которые в данном случае соединены параллельно, с другой стороны, составляет лишь 48 В. Следовательно, как только мгновенное питающее напряжение превышает это значение, ток будет протекать через вышеупомянутые блоки 114а, 114d при условии, что второй регулятор 115b тока находится в состоянии низкого сопротивления. В частности, второй регулятор 115b тока будет установлен для обеспечения номинального тока светодиодных блоков 114. Однако регуляторы 115 тока должны быть установлены для обеспечения тока, который вдвое выше тока для одного светодиодного блока, поскольку он соответствует номинальному току двух светодиодных блоков, подключенных параллельно.
Когда питающее напряжение возрастает выше 96 В, напряжение на втором и пятом светодиодных блоках 114b, 114e превышает их соответствующее прямое напряжение, которое может быть обнаружено детектором напряжения (не показан). Теперь могут быть активированы первый, второй, четвертый и пятый светодиодные блоки 114a, 114b, 114d, 114e. При этом контроллер 150, который соединен с детектором напряжения, устанавливает второй регулятор 115b тока в выключенное состояние, и в то же время он устанавливает третий регулятор 115с тока для обеспечения номинального тока светодиодных блоков 114a, 114b, 114d, 114e (который соответствует двойному номинальному току одного светодиодного блока).
По мере того, как питающее напряжение продолжает расти, остальные светодиодные блоки 114c, 114f будут также активироваться аналогичной установкой третьего регулятора 115с тока в выключенное состояние и установкой четвертого регулятора 115d тока для обеспечения номинального тока.
По мере того, как напряжение вновь падает в соответствии с сигналом, процесс может изменить направление на обратное. Путем измерения напряжения на шестом светодиодном блоке 114f (и/или третьем светодиодном блоке 114с) контроллер 150 обнаружит, когда питающее напряжение падает ниже общего прямого напряжения светодиодных блоков 114. В соответствии с этим контроллер 150 устанавливает третий регулятор 115с тока для обеспечения номинального тока. Возможна, но не обязательна установка четвертого регулятора 115d тока в выключенное состояние. По мере того, как питающее напряжение продолжает падать, данный процесс повторяется со вторым регулятором 115b тока.
На фиг. 6В изображено второе состояние. Как можно видеть, в данном случае все светодиодные блоки 114 соединены последовательно. Следовательно, общее прямое напряжение устройства составляет 6×48 В=288 В. Поскольку амплитуда напряжения электрической сети составляет лишь около 325 В, мгновенное значение рабочего напряжения будет ниже общего прямого напряжения во время большой части сигнала, деактивируя все светодиодные блоки 114. Однако регуляторы 115 тока подключены в обход последующих светодиодных блоков. Например, первый регулятор 115а тока обеспечивает обход относительно третьего-шестого светодиодных блоков 114c-114f. Совокупное прямое напряжение первого и второго светодиодных блоков 114а, 114b, с другой стороны, составляет лишь 96 В. Следовательно, как только мгновенное питающее напряжение превышает это значение, ток будет протекать через вышеупомянутые блоки при условии, что первый регулятор 115а тока находится в состоянии низкого сопротивления. В частности, первый регулятор 115а тока будет установлен для обеспечения номинального тока светодиодных блоков.
Когда питающее напряжение возрастает выше 192 В, напряжение на третьем и четвертом светодиодных блоках 114с, 114d превысит их совокупное прямое напряжение, которое может быть обнаружено детектором напряжения (не показан). Теперь активируются первые четыре светодиодных блока 114a-114d. При этом контроллер 150, который соединен с детектором напряжения, устанавливает первый регулятор 115а тока в выключенное состояние, и в то же время он устанавливает второй регулятор 115b тока для обеспечения номинального тока светодиодных блоков.
По мере того, как питающее напряжение продолжает расти, остальные светодиодные блоки 114е, 114f будут также активироваться аналогичной установкой второго регулятора 115b тока (третьего регулятора 115с тока) в выключенное состояние и установкой третьего регулятора 115с тока (четвертого регулятора 115d тока) для обеспечения номинального тока.
По мере того, как напряжение вновь падает в соответствии с сигналом, процесс может изменить направление на обратное. Путем измерения напряжения на шестом светодиодном блоке 114f контроллер 150 обнаружит, когда питающее напряжение падает ниже общего прямого напряжения светодиодных блоков 114. В соответствии с этим контроллер 150 устанавливает третий регулятор 115с тока для обеспечения номинального тока. Возможна, но не обязательна установка четвертого регулятора 115d тока в выключенное состояние. По мере того, как питающее напряжение продолжает падать, данный процесс повторяется с другими регуляторами 115а, 115b тока.
В то время как в вышеописанном варианте осуществления обнаруживается напряжение электрической сети, а контроллер 150 устанавливает переключатели в соответствующее состояние, на фиг. 7 показан еще один вариант осуществления, в котором соединители конфигурационной схемы 230 могут приводиться в действие механически.
При этом и в данном случае устройство 201 генерации света также содержит шесть светодиодных блоков 214a-214f, каждый из которых состоит из двух параллельно соединенных светодиодов. Положительный вывод первого светодиодного блока 214а соединен с контактом 221 питания для приема питающего напряжения V_RECT.
Конфигурационная схема 230 содержит два набора перемычек R1a-R1f, R2a-R2c, которые выполнены с помощью резисторов, имеющих пренебрежимо малое сопротивление. Первый набор перемычек R1a-R1f должен подключаться лишь в том случае, если устройство предназначено для использования с напряжением электрической сети 120 В. Второй набор перемычек R2a-R2c должен подключаться лишь в том случае, если устройство предназначено для использования с напряжением электрической сети 230 В. Предусматриваются шунтирующие цепочки 210а-210с в соответствии с предыдущим вариантом осуществления.
Отрицательный вывод второго светодиодного блока 214b и положительный вывод третьего светодиодного блока 214с постоянно подключены, также как и отрицательный вывод четвертого светодиодного блока 214d и положительный вывод пятого светодиодного блока 214е. Отрицательный вывод второго светодиодного блока 214b постоянно подключен к первому регулятору 215а тока. Отрицательный вывод четвертого светодиодного блока 214d постоянно подключен ко второму регулятору 215b тока, положительный вывод шестого светодиодного блока 214f постоянно подключен к третьему регулятору 215с тока, а отрицательный вывод шестого светодиодного блока 214f постоянно подключен к четвертому регулятору 215d тока.
Устройство 201 генерации света также содержит контроллер 250, который управляет регуляторами 215 тока. В данном варианте осуществления контроллер 250 не обнаруживает эффективное значение питающего напряжения V_RECT, поэтому количество и/или сложность компонентов могут быть уменьшены по сравнению с вариантом осуществления, изображенным на фиг. 5-6В.
Когда первый набор перемычек R1a-R1f установлен на месте, соединяются положительный и отрицательный выводы первого и второго светодиодных блоков 214a, 214b, соединяются положительный и отрицательный выводы третьего и четвертого светодиодных блоков 214c, 214d и соединяются положительный и отрицательный выводы пятого и шестого светодиодных блоков 214e, 214f. Следовательно, светодиодные блоки попарно соединяются параллельно, и в то же время три пары соединяются последовательно. Эта конфигурация изображена на фиг. 8А. При этом третий регулятор 215с тока постоянно установлен в выключенное состояние, поскольку он замкнут накоротко со вторым регулятором 215b тока. В соответствии с другим вариантом, второй регулятор 215b тока может быть установлен в выключенное состояние.
Когда второй набор перемычек R2a-R2c установлен на месте, как показано на фиг. 8В, отрицательный вывод первого светодиодного блока 214a соединяется с положительным выводом второго светодиодного блока 214b, отрицательный вывод третьего светодиодного блока 214с соединяется с положительным выводом четвертого светодиодного блока 214d, а отрицательный вывод пятого светодиодного блока 214е соединяется с положительным выводом шестого светодиодного блока 214f. Следовательно, все светодиодные блоки соединяются последовательно.
Таким образом, общее расположение светодиодных блоков в двух состояниях не отличается от вышеописанного, хотя пары располагаются в другой комбинации. Однако в первом состоянии либо второй регулятор 215b тока, либо третий регулятор 215с тока постоянно установлен в выключенное состояние, поскольку в этом состоянии они оба замкнуты накоротко.
Принцип работы регуляторов 215 тока и метод управления ими с помощью контроллера 250 не отличаются от вышеупомянутого примера, и объяснять их еще раз нет необходимости.
В данном варианте осуществления перемычки R1a-R1f, R2a-R2c могут устанавливаться и/или извлекаться вручную или с помощью простых инструментов. Поскольку общее число перемычек в настоящем варианте осуществления относительно велико, для покупателя это является довольно сложной задачей. Однако в процессе производства конфигурационная схема 230 - за исключением перемычек - может изготавливаться в виде печатной платы одним и тем же способом и для рынка США, и для европейского рынка. После этого соответствующие перемычки могут размещаться, например, на другом заводе в той стране, в которой устройство 201 генерации света должно продаваться. Однако можно допустить, что с любым набором перемычек можно производить операции с помощью одной рукоятки или чего-то в этом роде, поэтому перемещение может также выполняться покупателем.
Понятно, что два последних варианта осуществления описаны применительно к светодиодным блокам 114, 214, при этом каждый из них может также входить в состав светодиодных цепей вместе с соответствующими или «специализированными» регуляторами тока для управления током в соответствующем светодиодном блоке.
Хотя изобретение подробно пояснено и описано на чертежах и в вышеизложенном описании, такое пояснение и описание следует рассматривать как пояснительные или иллюстративные, а не ограничительные; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
Например, изобретение может использоваться в варианте осуществления, в котором:
- контроллер 50 вместо того, чтобы содержать микроконтроллер, включает в себя дополнительное устройство управления, такое как, например, асинхронная машина состояний, содержащая по меньшей мере логический вентиль, триггер и/или компаратор, и/или
- контроллер 50 при переключении из режима, имеющего более высокое общее прямое напряжение, в режим, имеющий более низкое общее прямое напряжение, вместо того, чтобы быть выполненным с возможностью определения наиболее применимого режима переключения на основе токов в каждой из светодиодных цепей 10a-10d, выполнен с возможностью определения наиболее применимого режима переключения на основе напряжений в каждой из светодиодных цепей 10a-10d.
При осуществлении заявляемого изобретения специалисты могут понять и реализовать другие модификации описанных вариантов осуществления по результатам изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенный артикль не исключает множества. Сам по себе тот факт, что некоторые критерии излагаются в разных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что совокупность этих критериев не может использоваться с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.