УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СОВМЕСТИМОСТИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА С РЕГУЛЯТОРАМИ СИЛЫ СВЕТА С ОТСЕЧКОЙ ФАЗЫ
DEVICE TO IMPROVE COMPATIBILITY OF SOLID-STATE LIGHT SOURCES WITH INTENSITY CONTROL WITH PHASE CUT-OFF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение направлено в основном на управление твердотельными источниками света. Более конкретно, различные изобретенные приборы, раскрытые в здесь, относятся к повышению совместимости регулируемых по силе света твердотельных источников света с регуляторами силы света с отсечкой фазы. Данное изобретение также может быть использовано в других схемах, содержащих лампы и устройства управления, такие как схемы с датчиками присутствия или переключатели, включенные в ночные светильники, любые схемы, которые требуют наличия пути тока в течение выключенного состояния лампы для правильной работы в режиме ожидания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Технологии цифрового освещения, т.е. осветительных приборов на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИД), обеспечивают конкурентную альтернативу для традиционных люминесцентных ламп, разрядных ламп высокой интенсивности и ламп накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИД включают в себя преобразование высокой энергии и оптическую эффективность, долговечность, низкие эксплуатационные расходы и многое другое. Последние успехи в технологии СИД обеспечили эффективные и надежные широкодиапазонные источники освещения, которые делают возможными разнообразие световых эффектов во многих применениях. Некоторые из приспособлений, в которых воплощены эти источники, характеризуются наличием осветительного модуля, включающего в себя один или более СИД, пригодных для получения разных цветов, например красного, зеленого и синего, а также процессора для независимого управления выходом СИД, для генерирования разнообразия цветов и световых эффектов с переменой цвета.
За последнее время на рынок в значительных количествах поступили модифицированные твердотельные устройства источников света, такие как СИД лампы, включая твердотельные устройства источников света, которые могут быть частью цепи регулятора силы света. Например, регулируемые по силе света СИД лампы с резьбовым цоколем могут быть сконфигурированы для их ввинчивания в ламповые патроны, сконструированные для ламп накаливания с резьбовым цоколем, а СИД лампы со штырьковым цоколем могут быть сконфигурированы для их подключения к штырьковым патронам, сконструированным для ламп накаливания со штырьковым цоколем и/или люминесцентных ламп со штырьковым цоколем.
Регуляторы силы света обычно подключают последовательно с нагрузкой (двухпроводное соединение), в зависимости от пропускания тока через нагрузку, - в целях их надлежащей эксплуатации. В случае стандартных ламп накаливания нагрузка ведет себя как резистор, но в случае электронной нагрузки (энергосберегающая СИД лампа), характеристики нагрузки существенно различаются по амплитуде и времени (в ходе цикла сети питания). Для простоты, здесь будут упомянуты только регуляторы силы света (с отсечкой фазы), но то же самое верно и для электронных переключателей с усовершенствованными устройствами управления (датчиками света, детекторами присутствия, схемами синхронизации, устройствами дистанционного управления, и т.д.), или без таковых.
Модифицированные СИД лампы часто несовместимы с существующими регуляторами силы света, что приводит к мерцанию и/или вспыхиванию СИД ламп, или вообще к исчезновению светового выхода. Мерцание может возникнуть при определенных углах сдвига фаз регулирования силы света, или в широком диапазоне углов сдвига фаз регулирования силы света, в зависимости от комбинации СИД лампа/регулятор силы света, а также от количества СИД ламп в цепи регулятора силы света. Например, некоторые регуляторы силы света функционируют надлежащим образом при небольших количествах СИД ламп в цепи регулятора силы света, но начинают вызывать мерцание при повышении количества СИД ламп. Также, для регуляторов силы света, которые требуют непрерывного малого тока, текущего через СИД лампы для энергоснабжения цепи регулятора силы света (даже когда лампы выключены), функционирование особенно неудовлетворительное. Следует отметить, что мерцание может быть снижено за счет включения в цепь регулятора силы света по меньшей мере одной лампы накаливания среди СИД ламп. Однако включение лампы накаливания ставит под вопрос высокую эффективность и длительные сроки службы СИД ламп, и доступность ламп накаливания в будущем может стать ограниченной. Также, включение лампы накаливания не представляется хорошим вариантом, когда цепь регулятора силы света состоит из единственной лампы.
Таким образом, в данной области техники существует необходимость в схеме, которая может быть добавлена к модифицированному твердотельному источнику света в цепи регулятора силы света, чтобы снизить или устранить мерцание и/или иным образом повысить совместимость между источником света малой мощности и его схемой управления, например, между источником света и схемой регулятора силы света, независимо от типа регулятора силы света, угла сдвига фаз регулирования силы света и/или количества твердотельных источников света, включенных в цепь регулятора силы света.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее раскрытие направлено на изобретение устройства для подавления мерцания твердотельного источника света в цепи регулятора силы света с использованием схемы адаптера, подключенной параллельно к твердотельному источнику света.
В целом, согласно одному аспекту изобретение сфокусировано на устройстве для подавления мерцания и/или повышения совместимости с лампой, включающей в себя по меньшей мере один твердотельный источник света, причем лампа функционально подключена к схеме управления, такой как, например, схема регулятора силы света, схема датчика присутствия, или переключаемая схема, которая имеет ночной светильник. Устройство включает в себя соединитель, обеспечивающий соединение твердотельного источника света с патроном лампы, сконфигурированным для вмещения источника света с нитью накала, и схему адаптера, соединенную параллельно с по меньшей мере одним твердотельным источником света, когда твердотельный источник света соединен с патроном через соединитель.
Согласно другому аспекту изобретение относится к устройству удлинителя для подавления мерцания и/или повышения совместимости в осветительном блоке, включающем в себя по меньшей мере один светоизлучающий диод (СИД), устройству, включающему в себя цоколь удлинителя, патрон удлинителя и схему адаптера. Цоколь удлинителя сконфигурирован таким образом, чтобы его можно было вставить в ламповый патрон, соединенный со схемой управления, например, регулятором силы света, причем ламповый патрон сконфигурирован для вмещения осветительного блока с нитью накала. Патрон удлинителя сконфигурирован для вмещения осветительного блока, включающего в себя по меньшей мере один СИД. Схема адаптера расположена между цоколем удлинителя и патроном удлинителя и сконфигурирована таким образом, чтобы она была электрически соединена параллельно с по меньшей мере одним СИД, когда осветительный блок вставлен в патрон удлинителя, вследствие чего схема адаптера подавляет мерцание по меньшей мере одного СИД, вызванного регулятором силы света. Схема также может быть воплощена в модуле, устанавливаемом между лампой и патроном с винтовым цоколем.
Согласно еще одному аспекту изобретение относится к модифицированному устройству твердотельного источника света, которое включает в себя возбудитель, твердотельный осветительный модуль, схему повышения совместимости/подавления мерцания и соединитель. Возбудитель сконфигурирован для приема регулируемого напряжения сети питания для требуемой силы света от регулятора силы света и для вывода тока возбуждения на основе уровня регулировки силы света регулируемого напряжения сети питания для требуемой силы света. Твердотельный осветительный модуль включает в себя по меньшей мере один твердотельный источник света и сконфигурирован для приема тока возбуждения от возбудителя. Схема подавления мерцания соединена параллельно с твердотельным осветительным модулем для подавления мерцания по меньшей мере одного твердотельного источника света и/или для повышения совместимости по меньшей мере одного твердотельного источника света с регуляторами силы света или другими контроллерами. Соединитель сконфигурирован для соединения устройства твердотельного источника света с патроном, сконфигурированным для вмещения осветительного блока с нитью накала.
Как использовано здесь в целях настоящего раскрытия, термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции носителей/перехода, которая способна генерировать излучение, в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин СИД включает в себя, но не ограничен этим, различные полупроводниковые структуры, которые испускают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИД), электролюминесцентные полосы, и т.п. В частности, термин СИД относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконфигурированы для генерирования излучения в одном или более из спектров, инфракрасном, ультрафиолетовом и в различных частях видимого спектра (как правило, включающего в себя диапазоны длин волн приблизительно от 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИД включают в себя, но не ограничены этим, различные типы СИД инфракрасного излучения, СИД ультрафиолетового излучения, СИД красного свечения, СИД синего свечения, СИД зеленого свечения, СИД желтого свечения, СИД янтарного свечения, СИД оранжевого свечения и СИД белого свечения (обсуждаемых дополнительно ниже). Также следует учитывать, что СИД могут быть сконфигурированы, и/или ими можно управлять для генерирования излучения, обладающего различными ширинами полос (например, полной шириной на половине максимума (или FWHM) для данного спектра (например, узкой шириной полосы, большой шириной полосы)), и различными преобладающими диапазонами длин волн в рамках заданной общей категоризации цвета.
Например, одно воплощение СИД, сконфигурированного для генерирования в целом белого света (например, СИД белого свечения), может включать в себя множество кристаллов, которые соответственно испускают разные спектры электролюминесценции, которые, при их комбинировании, смешиваются, с образованием в целом белого света. Согласно другому воплощению СИД белого света может быть связан с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию, обладающую первым спектром, в отличный от него второй спектр. В одном примере этого воплощения электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкополосный спектр, «накачивает» кристаллический люминофор, который, в свою очередь, испускает излучение с большей длиной волны, обладающее несколько более широким спектром.
Следует также понимать, что термин СИД не ограничен электрическим или физическим типом сборки СИД. Например, как обсуждалось выше, СИД может относиться к одиночному светоизлучающему устройству, имеющему несколько кристаллов, которые сконфигурированы для соответственного испускания разных спектров излучения (например, тех, которые могут или не могут быть регулируемыми по отдельности). Также, СИД может быть связан с люминофором, который рассматривается как составная часть СИД (например, некоторые типы СИД белого свечения). Как правило, термин СИД может относиться к СИД в корпусе, СИД без корпуса, СИД с поверхностным монтажом, СИД с монтажом кристаллов на печатной плате, СИД с монтажом в Т-корпусе, СИД с радиальным корпусом, СИД в рассеивающем большую мощность корпусе, СИД, включающим в себя монтаж в корпусе и/или оптический элемент определенного типа (например, рассеивающие линзы), и т.д.
Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или более из разнообразия источников излучения, включающих в себя (но не ограниченных этим) источники на основе СИД (включающих в себя один или более СИД, как было указано выше), источники излучения с нитью накала (например, лампы накаливания, галогеновые лампы), люминесцентные источники света, фосфоресцентные источники света, разрядные источники света высокой интенсивности (например, натриевые лампы, ртутные лампы и метллогалоидные лампы), лазеры, и другие типы электролюминесцентных источников, пиролюминесцентных источников (например, горелок), свечелюминесцентных источников (например, газокалильных сеток, источников излучения на основе дуги между угольными электродами), фотолюминесцентных источников (например, газоразрядных источников), катодолюминесцентных источников, с использованием электронного насыщения, гальванолюминесцентных источников, кристаллолюминесцентных источников, кинелюминесцентных источников, термолюминесцентных источников, триболюминесцентных источников, сонолюминесцентных источников, радиолюминесцентных источников и люминесцентных полимеров.
Термин «контроллер» используется в настоящей работе в основном для описания различных устройств, относящихся к функционированию одного или более источников света. Контроллер может быть воплощен различными способами (например, такими как способы с использованием специального аппаратного обеспечения), для выполнения различных функций, обсуждаемых в здесь. «Процессор» является одним из примеров контроллера, в котором использован один или более микропроцессоров, которые могут быть программируемыми, с использованием программного обеспечения (например, микрокоманды), для выполнения различных функций, обсуждаемых в настоящем документе. Контроллер может быть воплощен с использованием или без использования процессора, а также может быть воплощен в виде комбинации специально предназначенного аппаратного оборудования, для выполнения некоторых функций, и процессора (например, одного или более программируемых микропроцессоров и связанной с ними схемы), для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут быть применены в различных вариантах воплощения настоящего раскрытия, включают в себя, но не ограничены этим, стандартные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASICs), и программируемые пользователем логические матрицы (FPGAs).
В различных воплощениях процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителями информации (обычно называемыми здесь «памятью», например, энергозависимой и энергонезависимой компьютерной памятью, такой как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, флоппи-диски, компакт-диски, оптические диски, магнитные ленты, и т.д.). В некоторых воплощениях носители информации могут быть запрограммированными с помощью одной или более программам, которые, при их исполнении на одном или более процессоров и/или контроллеров, выполняют, по меньшей мере, некоторые из функций, обсуждаемых здесь. Различные носители информации могут быть закреплены в процессоре или в контроллере или могут быть переносными, вследствие чего одна или более хранящихся на нем программ могут быт загружены в процессор или контроллер, для реализации различных аспектов настоящего изобретения, обсуждаемых в настоящей работе. Термины «программа» или «компьютерная программа» используются здесь в общем смысле для обозначения любого типа машинного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может быть использован для программирования одного или более процессоров или контроллеров.
Следует учитывать, что все сочетания вышеупомянутых понятий и дополнительные понятия, обсуждаемые более подробно ниже (с учетом, что такие понятия не являются несовместимыми друг с другом), рассматриваются как часть изобретательского объекта патентования, раскрытого здесь. В частности, все сочетания заявленного объекта патентования, проявляющегося в конце настоящего раскрытия, рассматриваются как часть объекта патентования, раскрытого здесь. Также следует учитывать, что терминология, явным образом используемая здесь, которая также может появиться в любом раскрытии, обозначена ссылкой, которая согласуется со значением, наиболее соответствующим определенным понятиям, раскрытым здесь.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах одинаковые ссылочные позиции обычно относятся к одним и тем же деталям на всех разных видах. Также, чертежи не обязательно приведены в масштабе, и упор вместо этого делается обычно на иллюстрации принципов изобретения.
Фиг.1A и 1B представляют собой упрощенные блок-схемы, показывающие регулируемые по силе света осветительные системы, включающие в себя схему подавления мерцания/повышения совместимости (также называемую здесь «схемой адаптера») согласно репрезентативным вариантам воплощения.
Фиг.2 представляет собой упрощенную принципиальную схему, показывающую схему адаптера согласно первому репрезентативному варианту воплощения.
Фиг.3 представляет собой упрощенную принципиальную схему, показывающую схему адаптера, согласно второму репрезентативному варианту воплощения, называемою здесь «делителем напряжения «кошачье ухо».
Фиг.4 показывает схематичные чертежи того, как делитель напряжения «кошачье ухо» может быть осуществлен для легкого установления в патроне с винтовым цоколем.
Фиг.5 показывает репрезентативный пример тока, выведенного делителем напряжения «кошачье ухо» в ходе эксплуатации.
Фиг.6 показывает расширение области Фиг.5, где делитель напряжения «кошачье ухо» проводит ток.
Фиг.7 представляет собой вид в перспективе схемы адаптера согласно другому репрезентативному варианту воплощения.
Фиг.8 представляет собой вид в перспективе схемы адаптера и СИД лампы согласно репрезентативному варианту воплощения.
Фиг.9 показывает кривые, иллюстрирующие напряжение и ток через СИД лампу с и без схемы адаптера согласно репрезентативному варианту воплощения.
Фиг.10 показывает кривые, иллюстрирующие напряжение и ток через СИД лампу без схемы адаптера.
Фиг.11 показывает кривые, иллюстрирующие напряжение и ток через СИД лампу со схемой адаптера согласно репрезентативному варианту воплощения.
Фиг.12A-12B отображают принципиальную схему, показывающую схему адаптера согласно еще одному репрезентативному варианту воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В нижеследующем подробном описании, в целях разъяснения, а не ограничения, репрезентативные варианты воплощения, раскрывающие конкретные детали, изложены для обеспечения полного понимания настоящих учений. Однако специалистам в данной области техники должно быть очевидно наличие преимуществ настоящего раскрытия, состоящих в том, что другие варианты воплощения согласно настоящим учениям, которые отклоняются от конкретных деталей, раскрытых в настоящей работе, остаются в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. Более того, описания хорошо известных устройств и способы могут быть опущены, чтобы не перегружать описание репрезентативных вариантов воплощения. Такие способы и устройства однозначно находятся в рамках объема настоящих учений.
Заявители распознали и оценили, что представляется выгодным обеспечить схему, пригодную для подавления мерцания и повышения совместимости СИД или другого твердотельного источника света, например, при включении в схему регулятора силы света или других видов схем управления.
Таким образом, согласно различным вариантам воплощения схема подавления мерцания/повышение совместимости (также называемая «схемой адаптера») включает в себя сопротивление или другую схему, параллельную одному или более твердотельным источникам света. Схема имитирует эффект включения в себя источника света с нитью накала с одним или более твердотельными источниками света в цепи регулятора силы света. Схема может быть включена в простой удлинитель с винтовым или штырьковым цоколем, например, обеспечивая сопротивление, помещенное в любой из ламповых патронов, соответственно, с винтовым или штырьковым цоколем. Она может присутствовать в форме тонкого диска, который входит в винтовой цоколь, вставляемый между лампой и винтовым цоколем. Аналогично, удлинитель может включать в себя патрон с винтовым или штырьковым цоколем, для вмещения лампы, содержащей твердотельный источник света. В качестве альтернативы, схема может быть включена в саму лампу или регулятор силы света. Для большего количества СИД в схеме, дополнительные схемы могут быть обеспечены, если необходимо, для снижения или подавления мерцания и повышения совместимости с устройствами управления.
Фиг.1A и 1B представляют собой блок-схемы, показывающие регулируемые по силе света осветительные системы, включающие в себя схему адаптера согласно репрезентативным вариантам воплощения. Фиг.1A и 1B отображают регулируемые по силе света осветительные системы, соответственно, 100A и 100B, каждая из которых включает в себя регулятор 110 силы света, подключенный между сетью 101 питания напряжением и осветительным блоком 160, для обеспечения регулируемого напряжения сети питания переменного тока для требуемой силы света для осветительного блока 160. Фиг.1A и 1B являются почти одинаковыми, за исключением того, что регулируемая по силе света осветительная система 100A на Фиг.1 включает в себя регулятор 110 силы света без нейтрального соединения, а регулируемая по силе света осветительная система 100B на Фиг.1B включает в себя регулятор 110 силы света с нейтральным соединением.
Каждая из регулируемых по силе света осветительных систем 100A и 100B включает в себя схему 120 адаптера, соединенную параллельно с осветительным блоком 160, соединенным последовательно с регулятором 110 силы света, обсуждаемым ниже. В различных вариантах воплощения осветительный блок 160 может представлять собой СИД лампу, модифицированную для использования со стандартными ламповыми патронами, спроектированными для ламп накаливания. Например, в описываемом варианте воплощения осветительный блок 160 включает в себя осветительный модуль 150 СИД, содержащий несколько СИД, соединенных последовательно друг с другом, обозначенных репрезентативными СИД 151-154. Конечно, осветительный блок 160 может включать в себя и другие типы твердотельных источников света, без отступления от объема настоящего изобретения. Осветительный блок 160 дополнительно включает в себя выпрямитель 130 напряжения и силовой преобразователь 140, а также, если необходимо, оптические приборы (не показаны), отвечающие различным конкретным требованиям конструкции, таким как формирование луча и/или воздействие на цвет.
Регулятор 110 силы света может представлять собой любой тип схемы, сконфигурированной для обеспечения способности к регулировке силы света, например, за счет использования ползунка или другого механизма, или путем использования программируемого интерфейса с контроллером. Согласно схемам регулировки силы света на основе напряжения сети питания, например, величина светового выхода снижается со снижением напряжения сети питания посредством регулятора 110 силы света. Регулировка силы света модуля 150 СИД достигается за счет изменения выходного сигнала напряжения возбуждения/тока возбуждения посредством выпрямителя 130 напряжения и/или силового преобразователя 140 в ответ на изменения в напряжении сети питания. Могут быть воплощены различные схемы регулировки напряжения сети питания для требуемой силы света, такие как схемы двухуровневой регулировки силы света, в которых световой выход переключается между двумя уровнями, в зависимости от уровня напряжения сети питания, и линейной регулировки силы света, при которой световой выход понижается (например, линейно) со снижением уровня напряжения сети питания. Например, регулятор 110 силы света на Фиг.1A может представлять собой регулятор силы света с фазовой модуляцией, который обеспечивает способность к регулировке силы света за счет отсечения переднего фронта (регулятор силы света с отсечкой по переднему фронту) или заднего фронта (регулятор силы света с отсечкой по заднему фронту) формы сигнала напряжения от сети 101 питания напряжением. Сеть 101 питания напряжением может обеспечивать разные невыпрямленные входные напряжения сети питания, такие как 100В переменного тока, 120В переменного тока, 230В переменного тока и 277В переменного тока согласно различным воплощениям.
D
D
Выпрямитель 130 напряжения принимает регулируемое напряжение линии питания переменного тока для требуемой силы света и подает выпрямленное напряжение на силовой преобразователь 140. Силовой преобразователь 140 может включать в себя, например, силовой трансформатор и повышающую схему коррекции коэффициента мощности (PFC), и, как правило, он сконфигурирован для преобразования выпрямленного напряжения от выпрямителя 130 напряжения, в соответствующее напряжение постоянного тока и соответствующий ток для энергоснабжения осветительного модуля 150 СИД, обозначенные, соответственно, как напряжение V возбуждения СИД и ток I возбуждения СИД. Выпрямитель 130 напряжения и силовой преобразователь 140 могут быть совместно названы возбудителем СИД.
D
D
D
D
D
D
Средство, с помощью которого возбудитель СИД регулирует напряжение V возбуждения и ток I возбуждения для осветительного модуля 150 СИД, может видоизменяться без отступления от объема настоящего описания. Например, возбудитель СИД может дополнительно включать в себя детектор углов сдвига фаз регулятора силы света, который выявляет угол сдвига фаз регулятора силы света и обеспечивает сигнал управления для настройки напряжения V возбуждения СИД и/или тока I возбуждения СИД для осветительного модуля 150 СИД. В качестве альтернативы, возбудитель СИД может дополнительно включать в себя схему считывания сети питания, которая принимает выпрямленное напряжение сети питания от выпрямителя 130 напряжения и обеспечивает сигнал считывания сети питания, указывающий уровень регулировки силы света контроллеру, который также принимает информацию о фактическом напряжении и токе из осветительного модуля 150 СИД. Контроллер тогда может обеспечивать обратную связь с силовым преобразователем 140 для настройки напряжения V СИД возбуждения и/или тока I возбуждения СИД, подаваемого на осветительный модуль 150 СИД.
Как было указано выше, схема 120 адаптера подключена параллельно к осветительному блоку 160, последовательно подключенному к регулятору 110 силы света между линией невыпрямленного (регулируемого для требуемой силы света) напряжения, подаваемого сетью 101 питания напряжением, и нейтралью. В варианте воплощения, представленном на Фиг.1A и 1B, схема 120 адаптера является внешней относительно осветительного блока 160. Например, схема 120 адаптера может быть включена в удлинитель, адаптированный для ввинчивания в стандартный винтовой патрон на одном конце и для вмещения винтового цоколя осветительного блока 160 на другом конце, как обсуждается ниже со ссылкой на Фиг.7 и 8. Он может присутствовать в форме тонкого диска, который входит в винтовой цоколь, будучи вставленным между лампой и винтовым цоколем, как показано на Фиг.4. Однако, в альтернативных вариантах воплощения, схема 120 адаптера может быть расположена внутри осветительного блока 160. Например, схема 120 адаптера может быть подключена между линией невыпрямленного (регулируемого для требуемой силы света) напряжения и нейтралью, на входе выпрямителя 130 напряжения, или между управляющим напряжением постоянного тока и нейтралью, на выходе силового преобразователя 140. Включение схемы 120 адаптера в пределы осветительного блока 160 объединяет схему и исключает необходимость в удлинителе. Однако схема 120 адаптера может быть внешней, если осветительный блок 160 не соединен со схемой регулятора силы света. Аналогично, в альтернативных вариантах воплощения, схема 120 адаптера может быть встроена в регулятор 110 силы света, например, там, где регулятор 110 силы света имеет соединение с нейтралью, как показано на Фиг.1B. С другой стороны, такая конфигурация объединяет схему и устраняет необходимость в удлинителе, но может снизить эффективность и повысить термическую нагрузку в регуляторе 110 силы света. Несмотря на свое фактическое местоположение схема 120 адаптера функционирует почти таким же образом.
Фиг.2 представляет собой упрощенную принципиальную схему, показывающую схему адаптера согласно репрезентативному варианту воплощения.
Обратимся к Фиг.2, где схема 120 адаптера включает в себя резистор 125, подключенный между проводником 126 линии питания и нейтральным проводником 127. В схеме, представленной на Фиг.1A и 1B, резистор 125 может быть соединен с регулятором 110 силы света через входные контакты 121 и 122, а также может быть соединен с выпрямителем 130 напряжения осветительного блока 160 через выходные контакты 123 и 124. В качестве альтернативы, резистор 125 может находиться внутри осветительного блока 160 или регулятора 110 силы света, как обсуждалось выше. Величина сопротивления на резисторе 125 может находиться, например, в диапазоне примерно 15 кОм - 25 кОм, что вызывает рассеяние мощности примерно 0,5-1,5 Вт. Однако электросопротивление можно изменять для обеспечения уникальных преимуществ для каждой конкретной ситуации или для достижения соответствия конкретным требованиям к конструкции для различных воплощений. Например, сопротивление на резисторе 125, как правило, будет обладать более высокими значениями для ламп более низкой мощности и более низкими значениями для ламп более высокой мощности. Кроме того, хотя схема 120 адаптера отображена в виде одиночного резистора, следует понимать, что она может включать в себя и другие схемы и/или несколько резисторов 125 и/или другие резистивные компоненты для обеспечения желаемого электросопротивления, без отступления от объема настоящего изобретения.
Фиг.3 отображает другую схему, обеспечивающую подавление мерцания/повышение совместимости. Способ согласно Фиг.3 является более эффективным, но более сложным, чем способ согласно Фиг.2. Схема согласно Фиг.3 может быть использована, при надлежащем выборе компонента, для ограничения времени, в течение которого ток может проходить через лампу, таким временем, в течение которого напряжение является относительно низким, что повышает эффективность, при обеспечении в то же время подавления мерцания/повышения совместимости.
Фиг.4 показывает схематичные чертежи того, как делитель напряжения “кошачье ухо” может быть осуществлен для легкого установления в патроне с винтовым цоколем.
Предложены воплощения для установки делителя напряжения “кошачье ухо”. Диск со встроенными электронными приборами (например, делителем напряжения “кошачье ухо”) входит в патрон. Пластмассовый наконечник, прикрепленный к диску во время монтажа, обеспечивает защиту от удара электрического тока во время введения диска, в случае, если электричество включено. Провода, выпущенные наружу, образуют контакт с внешним контактом винтового цоколя и действуют как пружины, поддерживая диск в патроне до полного ввинчивания лампы. Провода должны быть достаточно мягкими/тонкими для деформации, если резьба лампы коснется их в ходе введения лампы. Ввинчивание лампы после того, как диск был вставлен в патрон, выполняется путем отделения пластмассового наконечника от диска. Этот простой подход заставляет лампу дополнительно выступать из патрона. Кроме того, пружины могут быть воплощены разными способами.
Фиг.7 представляет собой вид в перспективе схемы адаптера, включенной в удлинитель согласно репрезентативному варианту воплощения, а Фиг.8 представляет собой вид в перспективе модифицированного осветительного блока СИД, прикрепленного к схеме подавления мерцания согласно репрезентативному варианту воплощения.
Обратимся к Фиг.7, удлинитель 320 включает в себя винтовой цоколь 321 на первом конце корпуса 325 удлинителя и ламповый патрон 322 на втором конце корпуса 325 удлинителя, противоположном первому концу. Винтовой цоколь 321 удлинителя 320 представляет собой стандартный винтовой цоколь, такой как винтовой цоколь Эдисона, сконфигурированный для соединения (ввинчивания в) со стандартным патроном лампы накаливания. Ламповый патрон 322 аналогично представляет собой стандартный патрон лампы накаливания, сконфигурированный для вмещения стандартного винтового цоколя (например, винтового цоколя Эдисона) модифицированного устройства твердотельного источника света, такого как осветительный блок 160. В различных альтернативных вариантах воплощения удлинитель 320 может включать в себя любой тип цоколя и лампового патрона для соединения с соответствующими типами патронов ламп накаливания и цоколей модифицированных устройств твердотельных источников света без отступления от объема настоящего изобретения. Например, удлинитель 320 может включать в себя штырьковый цоколь на первом конце для вставления в патрон лампы накаливания (или люминесцентной лампы) и штырьковый патрон на втором конце для вмещения штырькового цоколя модифицированного твердотельного лампового источника света.
Недостатком способа согласно Фиг.7 и 8 является то, что эффективная длина лампы повышается на длину удлинителя лампы. Повышение длины может быть сильно снижено за счет вмещения электронных приборов для подавления мерцания/повышения совместимости в диск, который может быть вставлен в патрон винтового цоколя, как показано на Фиг.4. После введения диска в патрон в патрон ввинчивают лампу.
Корпус 325 удлинителя может быть сформирован из подходящего изоляционного материала, такого как пластик. Электрическая схема схемы 120 адаптера содержится в корпусе 325 удлинителя. Например, как показано на Фиг.2, входные контакты 121 и 122 могут быть соединены с «горячими» и нейтральными соединителями (не показаны) винтового цоколя 321, а выходные контакты 123 и 124 могут быть известным способом соединены, соответственно, с «горячим» и нейтральным соединителями (не показаны) лампового патрона 322. Резистор 125, таким образом, подключают между «горячим» проводником 126 (или проводником линии питания), продолжающимся между входным контактом 121 и выходным контактом 123, и нейтральным проводником 127, продолжающимся между входным контактом 122 и выходным контактом 124, вследствие чего резистор 125 в момент его ввинчивания в ламповый патрон 322 образует схему, параллельную осветительному блоку 160.
Для схемы регулятора силы света, имеющей несколько СИД ламп, может быть использован удлинитель 320 для соединения каждой из СИД ламп с соответствующим ламповым патроном схемы регулятора силы света. Однако включение удлинителя 320 для количества СИД ламп, меньшего, чем все СИД лампы, может также снизить мерцание до приемлемого уровня. Как правило, удлинитель 320 на отображенной конфигурации может потреблять мощность примерно 0,5 Вт, как было указано выше, и поэтому он не повышает термическую нагрузку на ощутимую величину. Также для большего количества СИД ламп в схеме регулятора силы света могут быть, если необходимо, обеспечены дополнительные резисторы 125 для успешного снижения или подавления мерцания. В целом, единственная схема 120 адаптера (например, соединенная с одним осветительным блоком) снижает или устраняет мерцание для нескольких осветительных блоков (или ламп) в той же схеме ослабления светового сигнала. Множество осветительных блоков в одной и той же схеме ослабления светового сигнала, которые могут быть стабилизированы единственной схемой 120 адаптера, зависит от типа осветительных блоков и типа регулятора 110 силы света.
Обратимся к Фиг.8, где показан репрезентативный модифицированный осветительный блок 360, прикрепленный к удлинителю 320 (ввинченный в него). Осветительный блок 360 представляет собой лампу, содержащую твердотельный источник света, и включает в себя винтовой цоколь 361, оболочку 362 и линзу 363. Оболочка 362 и линза 363 образуют отсек, содержащий схему регулируемого по силе света твердотельного источника света, например, как было описано выше со ссылкой на осветительный блок 160. Винтовой цоколь 361 осветительного блока 360 представляет собой стандартный винтовой цоколь, такой как винтовой цоколь Эдисона, сконфигурированный для соединения (ввинчивания) с ламповым патроном 322 удлинителя 320. Схема, таким образом, принимает (регулируемое для требуемой силы света) невыпрямленное напряжение линии питания через регулятор силы света, такой как регулятор 110 силы света, и генерирует свет посредством твердотельного источника света, например осветительного модуля 150 СИД, как обсуждалось выше. Свет покидает осветительный блок 360 через линзу 363. В силу своего нахождения в корпусе 325 удлинителя схема 120 адаптера автоматически подключается параллельно к осветительному блоку 360 в момент ввинчивания винтового цоколя 361 в ламповый патрон 322 со снижением или с устранением, таким образом, мерцания, которое в ином случае может возникнуть в результате эксплуатации регулятора 110 силы света.
Конечно, конфигурации удлинителя 320 и/или осветительного блока 360 могут видоизменяться, без отступления от объема настоящего изобретения. Также, в различных альтернативных вариантах воплощения схема 120 адаптера может быть физически расположена внутри оболочки 362 осветительного блока 360, как было указано выше со ссылкой на Фиг.1A и 1B, что, таким образом, устраняет необходимость в удлинителе 320.
Фиг.9-11 представляют собой кривые, облегчающие сопоставление между собой устройств твердотельного источника света с и без схемы адаптера. В частности, Фиг.9 показывает кривые с использованием продолжительной временной шкалы, которые иллюстрируют напряжение и ток через схему регулятора силы света, включающую в себя несколько осветительных блоков с соответствующими модулями СИД с и без схемы адаптера согласно репрезентативному варианту воплощения, а также переход, где схема адаптера добавлена. Фиг.10 показывает кривые с использованием короткой временной шкалы, которые иллюстрируют напряжение и ток через схему регулятора силы света без схемы адаптера, а Фиг.11 показывает кривые с использованием короткой временной шкалы, которые иллюстрируют напряжение и ток через схему регулятора силы света со схемой адаптера согласно репрезентативному варианту воплощения. Кривые согласно Фиг.9-11 были получены с использованием пяти СИД ламп PAR38, выпускаемых компанией Philips Electronics, в схеме регулятора силы света, и регулятора силы света DVCL-153PD, выпускаемого компанией Lutron Electronics, который представляет собой регулятор силы света для компактной люминесцентной лампы (CFL)-СИД. Масштаб представляет собой один вольт на деление для форм кривых напряжения и пять ампер на деление для форм кривых тока.
Обратимся к Фиг.9, где была установлена круговая шкала для настройки самого низкого уровня регулировки силы света регулятора силы света для обеспечения самого широкого диапазона регулировки силы света, вызывающего мерцание ламп. Верхняя форма волны 510 показывает изменения в напряжении, а нижняя форма волны 520 показывает изменения в токе, где напряжение для формы волны 510 напряжения было измерено на СИД лампах, а ток для формы волны 520 тока был измерен для СИД ламп. Эффекты схемы адаптера четко показаны на каждой из сторон области «Перехода», которая представляет собой период времени, в течение которого удлинитель, содержащий схему адаптера, такую как схема 120 адаптера, был переключен на схему. То есть «Нестабильная (мерцательная)» область форм волн 510 и 520 напряжения и тока (левая сторона Фиг.5) были получены без использования схемы адаптера, а «Стабильная» область форм волн 510 и 520 напряжения и тока (правая сторона Фиг.9) была получена при использовании схемы адаптера, подключенной параллельно к одной из СИД ламп. Различия в амплитудах форм волны 510 и 520 напряжения и тока были значительно меньшими в «Стабильной» области, что указывало на то, что мерцание было практически устранено схемой адаптера. Иными словами, колебание, вызывающее мерцание, прекращается, и характеристики форм волны 510 и 520 напряжения и тока при введении схемы адаптера становятся стабильными. Область перехода имеет продолжительность примерно 0,5 секунд, в течение которых нестабильность постепенно исчезает.
Фиг.10 и 11 включают в себя кривые, полученные с использованием короткой временной шкалы, и таким образом, демонстрируют почти такую же информацию, что и Фиг.9, но более подробно. Обратимся к Фиг.10, где верхняя форма волны 610 показывает изменения в напряжении, а нижняя форма волны 620 показывает изменения в токе, полученные без схемы адаптера, где напряжение для формы волны 610 напряжения было измерено на СИД лампах, и ток для формы волны 620 тока был измерен для СИД ламп, как обсуждалось выше со ссылкой на «Нестабильную (мерцательную)» область на Фиг.5. Формы волны 610 и 620 напряжения и тока захватывают момент нестабильности, когда напряжение и ток изменяются, что приводит, например, к вспыхиванию. Как показано, амплитуды форм волны 620 тока изменяются, как правило, с повышением амплитуды с течением времени в ходе отображаемого периода. Амплитуды формы волны 610 напряжения изменяются незначительно, но ширины импульсов изменяются значительно. Эти изменения возникают из-за взаимодействия между регулятором силы света и СИД лампами в течение периода времени, намного большего, чем период 60Гц линии питания, и поэтому легко воспринимаются глазом.
Обратимся к Фиг.11, верхняя форма волны 710 показывает изменения в напряжении, а нижняя форма волны 720 показывает изменения в токе, полученном с помощью схемы адаптера, где напряжение для формы волны 710 напряжения было измерено на СИД лампах, и ток для формы волны 720 тока был измерен для СИД ламп, как обсуждалось выше со ссылкой на «Стабильную» область согласно Фиг.5. Как показано, импульсы тока и напряжения совпадают. Управляющие электронные приборы поддерживают ток СИД почти постоянным при этих входных формах волны, и при этом никаких изменений, воспринимаемых глазом, не наблюдается. Формы волны 710 и 720 напряжения и тока, таким образом, демонстрируют существенное повышение стабильности (и, таким образом, снижение или устранение мерцания), по сравнению с формами волны 610 и 620 напряжения и тока.
Схема адаптера может быть применена для применений в модифицированном твердотельном световом устройстве, где желательно регулировать световой выход, исходя из сигнала напряжения сети питания. Различные варианты воплощения имеют множество преимуществ перед введением лампы накаливания среди СИД ламп в цепи регулятора силы света. Например, расходуется меньшее количество мощности. Также, выгодный эффект электросопротивления не теряется, как могло было быть при сгорании лампы накаливания, и поэтому никакой замены лампы накаливания не требуется. Также, схема адаптера может быть добавлена к насколько возможно большому количеству патронов, какое требуется для достижения желаемого эффекта. Например, одна схема адаптера, соединенная с одной СИД лампой, может устранить мерцание для количества СИД ламп вплоть до четырех в одной и той же схеме регулятора силы света, и две схемы адаптера, соединенные, соответственно, с двумя СИД лампами, могут устранить мерцание для количества СИД ламп вплоть до восьми в одной и той же схеме регулятора силы света.
В целом, еще один аспект изобретения обусловлен принятием во внимание того, что источники света с электронным преобразователем, таким как модифицированные лампы на основе SSL, должны обладать быстрым запуском электронного возбудителя для предотвращения задержки при включении, если эти лампы используются совместно с бытовыми регуляторами силы света (с отсечкой по переднему/заднему фронту), эффективное напряжение на входе, пригодное для запуска, может быть крайне низким при включении регулятора силы света при его самом низком уровне регулировки силы света. Как правило, схему активного запуска с транзистором высокого напряжения используют для преодоления этой проблемы. Для обеспечения надлежащего взаимодействия возбудителя с регулятором силы света для динамического переключения на повышенную нагрузку на сеть питания используют схему совместимости регулятора силы света. Также, для этой функции необходим транзистор высокого напряжения.
Таким образом, было обнаружено, что функция запуска может быть скомбинирована с дополнительной схемой для совместимости регулятора силы света, что, таким образом, устраняет необходимость в наличии второго транзистор высокого напряжения.
Как быстро обнаружат специалисты в данной области техники, традиционные схемы для совместимости регулятора силы света называются делителями напряжения, т.е. представляют собой резистор, который соединен с соединением сети питания (обычно после диодного моста) через транзистор высокого напряжения. Эти схемы демонстрируют типичные высокие потери, поскольку резистору должны быть приданы такие размеры, чтобы он еще мог в достаточной степени выдавать ток при низком текущем напряжении сети питания. Более усовершенствованные делители напряжения представляют собой источники постоянного тока, которые обладают более низкими потерями мощности для того же заданного минимального тока.
Разработанное в рамках изобретения решение для комбинированной схемы будет демонстрировать характеристики, которые приведут к повышению тока при низких напряжениях сети питания и к понижению тока при высоких напряжениях сети питания. Механизм уменьшит потери делителя напряжения при обеспечении высокой проводимости тока (низкого импеданса) для регулятора силы света.
Эта схема также может быть использована в качестве автономной схемы совместимости регулятора силы света, и в этом случае на регулятор силы света может потребоваться только одна схема (вместо схемы в каждой подключенной лампе).
Функционирование делителя напряжения осуществляется за счет обеспечения пути с низким импедансом для пропускания тока (через контакты сети питания лампы). Основным для изобретения является то, то эта способность к пропусканию тока имеет обратную зависимость от мгновенного напряжения на контактах сети питания лампы.
Низкое напряжение сети питания → низкий импеданс → высокий ток
Высокое напряжение сети питания → высокий импеданс → низкий ток (понижающийся до 0).
Потери мощности в делителе напряжения снижаются, по сравнению с другими традиционными способами. Кроме того, эта функция может быть скомбинирована с функцией быстрого запуска с использованием одного и того же транзистора высокого напряжения. Даже один этап, кроме того, состоит в расширении функции схемы с силовым преобразователем, например, конвертера усиления для модуляции тока сети питания (обеспечения топологии преобразования мощности с высоким коэффициентом мощности).
Обратимся к Фиг.12a-12b, где примерная схема сформирована с использованием МОП-трансзистора высокого напряжения для переключаемого источника. Затвор смещается при постоянном напряжении через комбинацию резистор/стабистор/конденсатор.
Количество тока, которое направляется через МОП-транзистор, определяется сопротивлением источника и напряжением на эмиттере составного транзистора Дарлингтона.
Это напряжение выводится из текущего напряжения сети питания через резисторный делитель. Результирующий ток представляет собой (Vg-Vth-Vdarling)/Rsource. Обратимся к Фиг.12b, где также обеспечена схема усиления.
Тогда как в настоящей работе были описаны и проиллюстрированы некоторые изобретенные варианты воплощения, специалисты в данной области техники легко могут представить себе множество других средств и/или структур для осуществления функции и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящей работе, и каждый из таких вариантов и/или модификаций предполагается как находящийся в рамках объема изобретенных вариантов воплощения, описанных здесь. В более общем виде специалисты в данной области техники легко могут оценить, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящей работе, приведены здесь в качестве примера и что реальные размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используются учения согласно изобретению. Специалисты в данной области техники могут легко распознать или они могут легко убедиться с использованием не более чем рутинных экспериментальных работ, что в настоящей работе описаны многие эквиваленты указанных изобретенных вариантов воплощения. Поэтому следует понимать, что вышеприведенные варианты воплощения представлены только в качестве примера и что в рамках объема прилагаемых пунктов формулы изобретения и их эквивалентов изобретенные варианты воплощения могут быть реализованы иначе, чем специально описано и заявлено. Изобретенные варианты воплощения настоящего раскрытия направлены на создание каждого отдельного признака, системы, изделия, материала, комплекта и/или способа, описанного в настоящей работе. В дополнение, любое сочетание двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы несовместимы друг с другом, включено в объем настоящего раскрытия согласно изобретению.
Все определения, заданные и используемые здесь, следует понимать как подчиняющиеся словарным определениям и определениям, имеющимся в документах, включенных в виде ссылок и/или обычным значениям заданных терминов.
Наличие терминов в единственном числе в описании и формуле изобретения, если явно не указано обратное, следует понимать как «по меньшей мере один».
Следует также понимать, что пока четко не будет указано обратное, в любых способах, заявленных в настоящей работе, которые включают более одного этапа или действия, порядок этапов или действий согласно способу не обязательно ограничен порядком, в котором перечислены этапы или действия согласно способу.
Ссылочные позиции, появляющиеся в формуле изобретения в скобках, если они есть, представлены лишь для удобства и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие объем.
В формуле изобретения, а также в описании, представленном выше, все переходные фразы, такие как «содержащий», «включающий», «осуществляющий» «имеющий», «содержащий», «влекущий за собой», «вмещающий», «сформированный из», и т.п., следует понимать как неисчерпывающие, т.е. означающие, что они включают что-либо, но не ограничены чем-либо. Лишь переходные фразы «состоящий из» и «состоящий в основном из» являются, соответственно, закрытыми (исчерпывающими) или полузакрытыми переходными фразами.