КОМПАКТНЫЙ БЛОК ВОЗБУЖДЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ, ИМЕЮЩИЙ ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ДВОЙНОЙ ВЫХОД
COMPACT DRIVER, IN PARTICULAR, FOR LIGHT EMITTING DIODES, HAVING INTEGRATED DUAL OUTPUT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к области интегральных преобразователей мощности. Настоящее изобретение можно применить, в особенности, к схемам возбуждения для светоизлучающих диодов, например, светодиодным (LED) источникам света. В частности, настоящее изобретение относится к компактным и эффективным устройствам преобразования мощности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Прикладные применения, требующие высокую степень интеграции модулей преобразования мощности, например, использующих импульсные источники питания (SMPS), могут прибегать к преобразователям мощности, например, преобразователям на переключающихся конденсаторах (SCC), которые могут обеспечивать высокоэффективное преобразование постоянного напряжения в постоянное (DC-DC) с использованием только конденсаторов и переключателей, в сочетании с индуктивными выходными фильтрами.
[0003] Спрос отрасли твердотельного освещения (SSL) на небольшие и компактные блоки управления питанием для LED заметно возрастает. LED требуют, чтобы питание подавалось в форме постоянного тока, как можно эффективнее. Теоретически, блоки возбуждения (драйверы) LED, сравнимые по размеру с самими LED, будут представлять собой значительное техническое достижение, допускающее новые концепции освещения. Данное решение будет нуждаться в системе с высокой степенью надежности и эффективности, чтобы соответствовать требованиям к сроку службы, размеру и теплоотводу.
[0004] Блоки возбуждения LED могут быть основаны на импульсных источниках питания (SMPS). В частности, некоторые блоки возбуждения LED могут содержать гибридные преобразователи мощности, сочетающие преобразователи SCC с индуктивными источниками SMPS. Одной из проблем при проектировании блоков возбуждения LED является проблема обеспечения их способности эффективно реализовать функциональные возможности регулировки цветности, например, затемнение линии абсолютно черного тела и стабильность точки цвета. Данные функциональные возможности требуют, чтобы блоки возбуждения LED содержали множественные выходы и соответствующие средства управления, которые обычно являются сложными и нелегко интегрирующимися в компактные архитектуры. Например, затемнение линии абсолютно черного тела можно обеспечить возбуждением двух LED, например, одного LED, излучающего белый свет, и одного LED, излучающего свет с заданной длиной волны, например, одного LED, излучающего холодный белый свет, и одного LED, излучающего красный свет; следовательно, в данной примерной конфигурации требуются два блока возбуждения или блок возбуждения с двумя раздельными выходами.
[0005] На современном уровне техники все еще отсутствуют блоки возбуждения LED, которые будут интегрировать компактным, эффективным и оптимальным образом все комплексные требования в части, касающейся регулировки цвета и управления питанием на нескольких выходах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Одна задача настоящего изобретения состоит в устранении вышеупомянутых недостатков известного уровня техники путем предложения решения, допускающего управления питанием на нескольких выходах посредством единственного модуля преобразования мощности.
[0007] В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство возбуждения на основе гибридной архитектуры, использующей естественные характеристики преобразователя SCC.
[0008] Для этой задачи, настоящее изобретение предлагает новый блок возбуждения для возбуждения, по меньшей мере, двух наборов светоизлучающих диодов (LED) или LED-цепочек, содержащий:
преобразователь мощности с двойным выходом, выполненный с возможностью преобразования входного напряжения в два разных выходных напряжения для возбуждения упомянутых двух наборов LED-цепочек,
контроллер, выполненный с возможностью управления преобразователем мощности с двойным выходом на основании, по меньшей мере, одной входной уставки,
при этом преобразователь с двойным выходом содержит преобразователь на переключающихся конденсаторах, содержащий множество переключателей и множество конденсаторов, причем выходы преобразователя мощности с двойным выходом подсоединены к внутренним узлам преобразователя мощности с двойным выходом, причем контроллер дополнительно выполнен с возможностью подачи выходных сигналов управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для приведения в действие переключателей, коэффициент заполнения которых является функцией упомянутой, по меньшей мере, одной входной уставки.
[0009] В примерном варианте осуществления изобретения блок возбуждения может дополнительно содержать управляемый регулятор напряжения, выполненный с возможностью управления входным напряжением, подаваемым в преобразователь мощности с двойным выходом.
[0010] В примерном варианте осуществления изобретения контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью управления управляемым регулятором напряжения.
[0011] В примерном варианте осуществления изобретения контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью управления преобразователем мощности с двойным выходом по замкнутой схеме в зависимости от сигнала обратной связи, характеризующего работу, по меньшей мере, одного из упомянутых, по меньшей мере, двух наборов LED-цепочек.
[0012] В примерном варианте осуществления изобретения контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью управления управляемым регулятором напряжения по замкнутой схеме в зависимости от сигнала обратной связи, характеризующего работу, по меньшей мере, одного из упомянутых, по меньшей мере, двух наборов LED-цепочек.
[0013] В примерном варианте осуществления изобретения блок возбуждения может дополнительно содержать выходной фильтр, при этом, по меньшей мере, один из упомянутых двух наборов LED-цепочек возбуждается, по меньшей мере, одним из двух разных выходных напряжений через выходной фильтр.
[0014] В примерном варианте осуществления изобретения преобразователь на переключающихся конденсаторах, содержащийся в преобразователе мощности с двойным выходом, может быть основан на структуре делителя напряжения.
[0015] В примерном варианте осуществления изобретения преобразователь на переключающихся конденсаторах, содержащийся в преобразователе мощности с двойным выходом, может быть основан на структуре делителя напряжения Диксона.
[0016] В примерном варианте осуществления изобретения преобразователь на переключающихся конденсаторах, содержащийся в преобразователе мощности с двойным выходом, может быть основан на структуре Фибоначчи.
[0017] В примерном варианте осуществления изобретения управляемый регулятор напряжения может содержать импульсный источник питания (SMPS).
[0018] В примерном варианте осуществления изобретения управляемый регулятор напряжения может содержать линейный регулятор напряжения.
[0019] Другой аспект настоящего изобретения представляет собой осветительную систему, содержащую два набора LED-цепочек, при этом упомянутые два набора LED-цепочек возбуждаются блоком возбуждения по любому из описанных вариантов осуществления.
[0020] В примерном варианте осуществления изобретения упомянутые два набора LED-цепочек могут, соответственно, содержать один или множество последовательно включенных LED красного света и один или множество последовательно включенных LED синего света.
[0021] Другой аспект настоящего изобретения представляет собой способ возбуждения, по меньшей мере, двух наборов LED-цепочек, содержащий, по меньшей мере, этап преобразования входного напряжения в два разных выходных напряжения для возбуждения упомянутых двух наборов LED-цепочек, управления преобразователем мощности с двойным выходом, содержащим преобразователь на переключающихся конденсаторах с множеством переключателей и множеством конденсаторов посредством приведения в действие переключателей ШИМ-сигналами, коэффициент заполнения которых является функцией упомянутой, по меньшей мере, одной входной уставки.
[0022] Другое преимущество настоящего изобретения, во втором примерном варианте осуществления, описанном ниже, за исключением уменьшенных размера и числа компонентов, состоит в том, что изобретение значительно облегчает затемнение линии абсолютно черного тела с использованием одной управляющей переменной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] Приведенные и другие характеристики и преимущества изобретения станут более понятными с учетом нижеизложенного подробного описания предпочтительного варианта осуществления, представленного в форме всего лишь наглядного и неограничивающего примера, а также сопутствующих чержежей, которые представляют собой:
[0024] Фигура 1 – блок-схема, изображающая блок возбуждения LED, соединенный с нагрузкой и источником напряжения, в примерном варианте осуществления изобретения;
[0025] Фигура 2 - электрическая схема, изображающая преобразователь с двойным выходом, содержащийся в блоке возбуждения LED, в первом примерном варианте осуществления изобретения;
[0026] Фигуры 3A, 3B и 3C – графики, поясняющие значения разных регулировочных параметров, устанавливаемые контроллером уставки в блоке возбуждения соответственно примерному варианту осуществления изобретения, с целью получения заданных целевых значений точки цвета;
[0027] Фигура 4 - электрическая схема, изображающая преобразователь с двойным выходом, содержащийся в блоке возбуждения LED, во втором варианте осуществления изобретения;
[0028] Фигуры 5A и 5B – графики, поясняющие выходные характеристики преобразователя с двойным выходом, содержащегося в блоке возбуждения LED, в соответствии со вторым примерным вариантом осуществления изобретения, изображенном на фигуре 4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0029] В последующем подробном описании, в целях пояснения, а не ограничения, изложены репрезентативные варианты осуществления, раскрывающие конкретные детали, чтобы обеспечить полное понимание принципов настоящего изобретения. Однако, специалисту со средним уровнем компетентности в области техники, использующей преимущества настоящего изобретения, будет очевидно, что другие варианты осуществления в соответствии с настоящими принципами, которые отклоняются от конкретных деталей, раскрытых в настоящем описании, остаются в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, описания общеизвестных устройств и способов могут отсутствовать, чтобы не затенять описания репрезентативных вариантов осуществления. Данные способы и устройства, очевидно, находятся в пределах объема принципов настоящего изобретения.
[0030] Фигура 1 является блок-схемой, изображающей блок возбуждения LED, соединенный с нагрузкой и источником напряжения, в примерном варианте осуществления изобретения.
[0031] Фигура 1 изображает блок 10 возбуждения LED, подключенный к источнику 11 питания и соединенный с нагрузкой 13. Блок возбуждения и нагрузка являются элементами осветительной системы 1, которая также является аспектом настоящего изобретения.
[0032] Источник 11 питания может быть, например, спроектирован с возможностью подачи на него напряжения переменного тока (AC) или постоянного тока (DC) Vsupply. Например, питающее напряжение Vsupply может быть напряжением AC от электрической сети или напряжением DC, подаваемым электрической сетью DC или батареей.
[0033] Нагрузка 13 может содержать, например, одну первую LED-цепочку 131 и одну вторую LED-цепочку 133. В настоящем раскрытии полагается, что LED-цепочка может содержать один или множество LED. Две LED-цепочки 131, 133 выполнены с возможностью излучения разнотипного света. Например, первая LED-цепочка 131 может быть выполнена с возможностью излучения красного света, и вторая LED-цепочка 133 может быть выполнена с возможностью излучения синего света таким образом, что смешение световых пучков, генерируемых двумя LED-цепочками 131, 133, по существу, допускает затемнение линии абсолютно черного тела.
[0034] Блок 10 возбуждения LED содержит управляемый регулятор 101 напряжения, выполненный с возможностью приема питающего напряжения Vsupply и выработки регулируемого напряжения, преобразователь 103 мощности с двойным выходом и может содержать выходной фильтр 105. В примерном варианте осуществления изобретения, изображенном на фигуре 1, выходной фильтр 105 содержит один первый выходной фильтр 1051 и один второй выходной фильтр 1053 таким образом, что каждый выход преобразователя 103 мощности с двойным выходом связан с соответствующим выходным фильтром. Первый выходной фильтр 1051 соединен с первой LED-цепочкой 131, и второй выходной фильтр 1053 соединен со второй LED-цепочкой 133.
[0035] Блок 10 возбуждения LED дополнительно содержит контроллер 107. Контроллер 107 содержит, по меньшей мере, один вход для приема, по меньшей мере, одного сигнала управления уставкой, и содержит, по меньшей мере, один выход для подачи, по меньшей мере, одного сигнала управления в, по меньшей мере, преобразователь 103 мощности с двойным выходом.
[0036] Контроллер 107 может дополнительно содержать, по меньшей мере, два входа обратной связи для приема сигналов обратной связи, характеризующих фактическую работу нагрузки, например, один первый вход обратной связи для приема сигнала, который характеризует измеренный ток через первую LED-цепочку 131, и один второй вход обратной связи для приема сигнала, который характеризует измеренный ток через вторую LED-цепочку 133. Следовательно, контроллер 103 может регулировать рабочие параметры преобразователя 103 мощности с двойным выходом и/или управляемого регулятора 101 напряжения в зависимости от входных значений уставок и сигналов обратной связи, характеризующих работу нагрузки 13, как подробно поясняется в дальнейшем.
[0037] В соответствии со спецификой настоящего изобретения, предполагается, что преобразователь 103 мощности с двойным выходом сформирован при помощи преобразователя на переключающихся конденсаторах, содержащего множество переключателей и множество конденсаторов, и что выходы преобразователя 103 мощности с двойным выходом непосредственно подсоединяются к внутренним узлам преобразователя на переключающихся конденсаторах. Управляемый преобразователь SCC обычно содержит множество внутренних узлов соединения, некоторые из которых используются как выходы в настоящем изобретении. В частности, управляемый преобразователь SCC обычно содержит, по меньшей мере, один узел постоянного тока, обеспечивающий напряжение, которое имеет фиксированное значение, которое не зависит от коэффициента заполнения, при этом некоторые другие внутренние узлы являются плавающими узлами с ШИМ, представляющими пульсирующее напряжение, которое можно модулировать изменением коэффициента заполнения. Следовательно, двумя выходами преобразователя 103 мощности с двойным выходом можно управлять по отдельности с помощью единственного контроллера 107, посредством преобразователя на переключающихся конденсаторах, который дает преимущество в простой и компактной архитектуре. Небольшие пульсации напряжения в плавающих узлах с ШИМ, по существу, дает преимущество ослабления требований к выходным фильтрам; если применяется индуктивный выходной фильтр, то, следовательно, можно значительно уменьшить размер индуктора. В примерных вариантах осуществления, показанных на фигуре 2 и подробно описанных ниже, в качестве индуктивности выходного фильтра можно применить индуктор 100 нГн.
[0038] Фигура 2 представляет электрическую схему, изображающую преобразователь с двойным выходом, содержащийся в блоке возбуждения LED, в первом примерном варианте осуществления изобретения.
[0039] В первом примерном варианте осуществления изобретения, изображенном на фигуре 2, предусмотрено, что два выхода преобразователя 103 мощности с двойным выходом имеют полностью независимое управление.
[0040] Как показано на фигуре 2, осветительная система 1 может содержать управляемый регулятор 101 напряжения, подключенный к источнику 11 питания, подающему напряжение Vsupply через два вывода. Управляемый регулятор 101 напряжения сконфигурирован для подачи входного напряжения Vin в преобразователь 103 мощности с двойным выходом через два вывода 1011, 1013.
[0041] В примерном варианте осуществления изображенном на фигуре 2, преобразователь 103 мощности с двойным выходом содержит преобразователь на переключающихся конденсаторах, содержащий три конденсатора C1, C2, C3 и четыре переключателя S1, …, S4, которые могут быть однополюсного однопозиционного типа.
[0042] Управляемый регулятор 101 напряжения может быть сформирован посредством управляемого SMPS (импульсного источника питания) и допускает управление входным напряжением Vin, подаваемым в преобразователь 103 мощности с двойным выходом. Можно воспользоваться любой другой топологией управляемого регулятора напряжения, которая допускает регулирование выходного напряжения методом преобразования DC-DC или AC-DC. Например, можно применить линейный регулятор напряжения.
[0043] Преобразователь SCC, как показано на фигуре 2, формирует, так называемую, структуру делителя напряжения. В примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 2, первый и третий конденсаторы C1, C3 включены последовательно в первое плечо схемы между первым выводом 1011 управляемого регулятора 101 напряжения и вторым выводом 1013 управляемого регулятора 101 напряжения, при этом второй вывод 1013 подсоединен, например, к потенциалу сравнения, например, потенциалу земли.
[0044] Четыре переключателя S1, …, S4 структуры делителя напряжения могут быть включены последовательно во второе плечо схемы, которое параллельно первому плечу схемы. Первый внутренний узел N1 структуры делителя напряжения является общим узлом соединения между первым конденсатором C1 и третьим конденсатором C3 и может быть подсоединен ко второму внутреннему узлу N2, который является общим узлом соединения между вторым и третьим переключателями S2, S3. Второй выход преобразователя 103 мощности с двойным выходом может быть соединен с третьим внутренним узлом N3 соединения, который является общим узлом соединения между третьим и четвертым переключателями S3, S4. Второй конденсатор C2 включен между третьим внутренним узлом N3 и четвертым внутренним узлом N4, который является общим узлом соединения между первым и вторым переключателями S1, S2. Первый конденсатор C1 включен между первым внутренним узлом N1 и вторым выводом 1013 управляемого регулятора 101 напряжения, тогда как третий конденсатор C3 включен между первым внутренним узлом N1 и первым выводом 1011 управляемого регулятора 101 напряжения.
[0045] Первая LED-цепочка 131 может быть включена параллельно первому конденсатору C1, между первым внутренним узлом N1 и вторым выводом 1013 управляемого регулятора 101 напряжения. Напряжение на первой LED-цепочке 131 обозначено V1.
[0046] Индуктивность Lo выходного фильтра может быть включена между третьим внутренним узлом N3 и выходным узлом No, который является общим узлом между индуктивностью Lo выходного фильтра и емкостью C0 выходного фильтра, включенной между выходным узлом N0 и вторым выводом 1013 управляемого регулятора 101 напряжения. Вторая LED-цепочка 133 может быть включена параллельно емкости Co выходного фильтра. Напряжение на второй LED-цепочке 133 обозначено V0. Таким образом, емкость C0 выходного фильтра и индуктивность Lo выходного фильтра формируют второй выходной фильтр 1053, описанный выше со ссылкой на фигуру 1.
[0047] В примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 2, первая LED-цепочка 131 не связана с индуктивным выходным фильтром, так как она подсоединена к узлу постоянного тока преобразователя SCC, содержащегося в преобразователе 103 мощности с двойным выходом; следовательно, в данном примерном варианте осуществления первый конденсатор C1 формирует первый выходной фильтр 1051 в том виде, в котором он описан выше со ссылкой на фигуру 1.
[0048] В еще одном примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 2, контроллер 107 содержит контроллер 1070 уставки, выполненный с возможностью приема сигналов уставок; например, контроллер 1070 уставки выполнен с возможностью приема сигнала уставки цвета и сигнала уставки яркости и подачи соответствующих сигналов управления для управления первой и второй LED-цепочками 131, 133. Управление яркостью может достигаться путем управления общим количеством света, который излучается, тогда как управление точкой цвета может достигаться путем управления относительным количеством мощности, которая излучается каждой LED-цепочкой 131, 133.
[0049] Контроллер 107 дополнительно содержит первый контроллер 1071 LED, вырабатывающий первый сигнал β управления, предназначенный для первой LED-цепочки 131, на основании первого сигнала управления, выдаваемого контроллером 1070 уставок, и первого сигнала обратной связи, характеризующего ток i1 через первую LED-цепочку 131. Аналогично, контроллер 107 содержит второй контроллер 1073 LED, вырабатывающий второй сигнал управления, предназначенный для второй LED-цепочки 133, на основании второго сигнала управления, выдаваемого контроллером 1070 уставок, и второго сигнала обратной связи, характеризующего ток i2 через вторую LED-цепочку 133.
[0050] Контроллер 107 дополнительно содержит широтно-импульсный модулятор 1075. Второй сигнал управления, вырабатываемый вторым контроллером 1073 LED, подается в широтно-импульсный модулятор 1075, который возбуждает первый ШИМ-сигнал Φ1 управления и второй сигнал Φ2 управления, при этом фазы первого и второго сигналов Φ1, Φ2 управления являются взаимно дополняющими.
[0051] На практике, контроллер 107 может быть выполнен, например, в виде специализированной интегральной схемы или посредством соответствующей конфигурации микроконтроллера.
[0052] В примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 2, два выхода преобразователя 103 мощности с двойным выходом, в связи с вышесказанным, соответственно формируются узлами соединения структуры делителя напряжения, которая, соответственно, подает напряжение V1 на первую LED-цепочку 131 и напряжение V0 на вторую LED-цепочку 133.
[0053] Следовательно, первый выход, соответствующий напряжению V1, является фиксированным выходом, обеспечивающим идеальный коэффициент преобразования, заданный топологией преобразователя SCC, который равен ½ в изображенном примерном варианте осуществления, и который не зависит от коэффициента заполнения двух сигналов Φ1, Φ2 управления в данном примерном варианте осуществления, в котором преобразователь 103 мощности с двойным выходом содержит структуру делителя напряжения 2:1.
[0054] Второй выход, соответствующий напряжению V0, представляет обработанную фильтром низких частот составляющую сигнала, которая подводится третьим узлом N3. Третий узел N3 дает напряжение прямоугольного сигнала, среднее значение которого можно регулировать посредством регулирования коэффициента заполнения сигналов Φ1, Φ2 управления, чтобы обеспечить коэффициент преобразования, содержащийся в диапазоне от ½ и 1. Например, когда преобразователь 103 мощности с двойным выходом работает с коэффициентом заполнения 50%, с подведением напряжения 4 Вольт, напряжение V1 на первой LED-цепочке 131 равно 2 Вольтам, и напряжение V0 на второй LED-цепочке 133 равно 3 Вольтам.
[0055] Чтобы регулировать токи двух LED-цепочек 131, 133, т.е. напряжения на двух своих выходах, преобразователь 103 мощности с двойным выходом имеет дело с двумя переменными параметрами, которые можно регулировать посредством контроллера 107: входным напряжением преобразователя 103 мощности с двойным выходом, т.е. входным напряжением Vin, вырабатываемым управляемым регулятором 101 напряжения, и коэффициентом заполнения двух сигналов Φ1, Φ2 управления.
[0056] Переключатели S1, …, S4 структуры делителя напряжения управляются двумя сигналами Φ1, Φ2 управления, при этом первый и третий переключатели S1, S3 управляются первым сигналом Φ1 управления, в второй и четвертый переключатели S2, S4 управляются вторым сигналом Φ2 управления.
[0057] Изменения входного напряжения Vin затрагивают два выхода преобразователя 103 мощности с двойным выходом; тогда как изменения коэффициента заполнения затрагивают только второй выход преобразователя 103 мощности с двойным выходом, т.е. напряжение V0. Поэтому контроллер может быть выполнен с возможностью соответственной адаптации коэффициента заполнения, когда входной напряжение Vin изменяется так, чтобы во вторую LED-цепочку 133 мог по-прежнему подаваться надлежащий ток. Два контроллера 1071, 1073 LED обеспечивают независимую регулировку тока на двух выходах преобразователя 103 мощности с двойным выходом. Управление током через первую LED-цепочку 131 осуществляется регулировкой входного напряжения Vin, посредством первого сигнала β управления, вырабатываемого контроллером 107; управление током через вторую LED-цепочку 133 осуществляется изменением коэффициента заполнения двух сигналов Φ1, Φ2 управления. Контроллер 1070 уставок допускает регулирование токовых уставок выходов преобразователя 103 мощности с двойным выходом в соответствии с входными уставками, например, уставки цвета и уставки яркости.
[0058] Фигуры 3A - 3C представляют графики, поясняющие значения разных регулировочных параметров, устанавливаемые контроллером 1070 уставки в блоке возбуждения соответственно примерному варианту осуществления изобретения, с целью получения заданных целевых значений точки цвета.
[0059] Фигуры 3A - 3C относятся к примерному варианту осуществления, содержащему блок возбуждения, описанный выше со ссылкой на фигуру 2, при полной выходной мощности 1 Ватт, с 2В красным LED и 3В синим LED, получающим питание от 4В входа в пределах стандартной регулировки точки цвета от холодного до теплого белого.
[0060] На графике, изображенном на фигуре 3A, абсциссы соответствуют значению уставки цвета в диапазоне изменения от холодного белого до теплого белого, в примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 2, где первая LED-цепочка 131 является красным LED, и вторая LED-цепочка 133 является синим LED. Ординаты соответствуют процентному отношению мощности, подаваемой в LED-цепочку, при этом сумма относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, и относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133, равна 100%, независимо от значения уставки цвета. Первая линейная кривая 301 соответствует характеристикам первой LED-цепочки 131, и вторая линейная кривая 303 соответствует характеристикам второй LED-цепочки 133.
[0061] Например, холодный белый цвет можно получить установкой относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, на 20% и относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133, на 80%; теплый белый цвет можно получить установкой относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, на 40% и относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133, на 60%. Все промежуточные возрастающие значения точки цвета можно получить посредством линейного увеличения относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, при линейном уменьшении относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133.
[0062] На графике, показанном на фигуре 3B, абсциссы соответствуют значению уставки цвета в диапазоне изменения от холодного белого до теплого белого, подобно тому, как на графике, изображенном на вышеописанной фигуре 3A. Ординаты соответствуют уровню входного напряжения Vin в Вольтах. Линейная кривая 311 показывает изменения входного напряжения Vin в соответствии со значением уставки цвета. Посредством линейного снижения уровня входного напряжения Vin в пределах диапазона 0,5 В можно получать возрастающие значения уставки цвета.
[0063] На графике, показанном на фигуре 3C, абсциссы соответствуют значению уставки цвета в диапазоне изменения от холодного белого до теплого белого, подобно тому, как на графике, изображенном на вышеописанных фигурах 3A и 3B. Ординаты соответствуют коэффициенту заполнения сигналов Φ1, Φ2 управления. Линейная кривая 321 показывает изменения коэффициента заполнения в соответствии со значением уставки цвета. Посредством линейного уменьшения коэффициента заполнения в пределах диапазона 10% можно получить снижающиеся значения уставки цвета.
[0064] Фигура 4 представляет электрическую схему, изображающую преобразователь с двойным выходом, содержащийся в блоке возбуждения LED, во втором варианте осуществления изобретения.
[0065] Второй вариант осуществления основан на альтернативной топологии в соответствии с настоящим изобретением, которая допускает обеспечение двух регулируемых выходов постоянного тока, демонстрирующих взаимно дополнительное поведение. Во втором варианте осуществления преобразователь 103 мощности с двойным выходом получает питание с входным напряжением Vin и сформирован преобразователем на переключающихся конденсаторах, один внутренний узел соединения которого подсоединен к первой LED-цепочке 131, например, красному LED, и другой внутренний узел соединения которого подсоединен ко второй LED-цепочке 133, например, синему LED, как дополнительно подробно поясняется в дальнейшем. Во втором варианте осуществления первая LED-цепочка 131 связана с первым выходным фильтром 1051, содержащим первую индуктивность Lo1 выходного фильтра и первую емкость Co1 выходного фильтра, и вторая LED-цепочка 133 связана со вторым выходным фильтром 1053, содержащим вторую индуктивность Lo2 выходного фильтра и вторую емкость Co2 выходного фильтра.
[0066] В примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 4, преобразователь 103 мощности с двойным выходом содержит, так называемую, структуру делителя напряжения Диксона 3:1, содержащую три конденсатора C1, C2, C3 и семь переключателей S1, …, S7, которые могут быть однополюсного однопозиционного типа.
[0067] В частности, преобразователь 103 мощности с двойным выходом, такой, как в изображенном варианте осуществления, содержит два перекидных делителя напряжения, при этом каждый перекидной делитель напряжения содержит один конденсатор: один первый перекидной делитель напряжения содержит третий конденсатор C3 и один второй перекидной делитель напряжения содержит второй конденсатор C2.
[0068] Преобразователь 103 мощности с двойным выходом дополнительно содержит три центральных узла N1, N2, N3. Один первый переключатель S1 селективно подсоединяет первый центральный узел N1 к входному напряжению Vin. Второй переключатель S2 селективно подсоединяет второй центральный узел N2 к первому центральному узлу N1. Третий переключатель селективно подсоединяет второй центральный узел N2 к третьему центральному узлу N3. Первый конденсатор C1 размещен между третьим центральным узлом N3 и одним четвертым центральным узлом N4. Четвертый центральный узел N4 подсоединен к потенциалу сравнения, например, потенциалу земли.
[0069] Первый перекидной делитель напряжения, содержащий третий конденсатор C3, расположен между первым центральным узлом N1 и одним первым вторичным узлом SN1. Один четвертый переключатель S4 селективно подсоединяет первый вторичный узел SN1 к четвертому центральному узлу N4; один пятый переключатель S5 селективно подсоединяет первый вторичный узел SN1 к третьему центральному узлу N3.
[0070] Второй перекидной делитель напряжения, содержащий второй конденсатор C2, расположен между вторым центральным узлом N2 и вторым вторичным узлом SN2. Один шестой переключатель S6 селективно подсоединяет второй вторичный узел SN2 к третьему центральному узлу N3; один седьмой переключатель S7 селективно подсоединяет второй вторичный узел SN2 к четвертому центральному узлу N4.
[0071] Два перекидных делителя напряжения работают в противофазах благодаря правильной последовательности размыкания и замыкания переключателей S1-S7. Например, все переключатели S1, S3, S5 с нечетными номерами могут находиться в заданном состоянии в течение первой временной фазы Φ1, например, разомкнутом состоянии, тогда как все переключатели S2, S4, S6 с четными номерами находятся в противоположном состоянии, например, замкнуты; при этом во время последующей второй временной фазы Φ2, состояния всех переключателей могут быть обратными.
[0072] Тем не менее, во втором варианте осуществления, изображенном на фигуре 4, контроллер 107 является структурно проще по сравнению с контроллером 107 в первом варианте осуществления, описанном выше со ссылкой на фигуру 2. Контроллер 107 может содержать широтно-импульсный модулятор 1075, сконфигурированный для возбуждения первого ШИМ-сигнала Φ1 управления и второго сигнала Φ2 управления, при этом фазы первого и второго сигналов Φ1, Φ2 являются взаимно дополнительными, на основании одного сигнала уставки цвета, который, фактически, соответствует уставке значения коэффициента заполнения, как дополнительно подробно описано ниже.
[0073] Во втором примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 4, первая LED-цепочка 131 включена параллельно первой емкости Co1 выходного фильтра, первая индуктивность Lo1 выходного фильтра подсоединена ко второму вторичному узлу SN2. Напряжение на первой LED-цепочке 131 обозначено как vo1. Вторая LED-цепочка 133 включена параллельно второй емкости Co2 выходного фильтра, вторая индуктивность Lo2 выходного фильтра подсоединена ко второму центральному узлу N2. Напряжение на второй LED-цепочке 133 обозначено как vo2.
[0074] Таким образом, напряжение на первой LED-цепочке 131 является постоянной составляющей напряжения, присутствующего на втором вторичном узле SN2 структуры делителя напряжения Диксона содержащегося в преобразователе 103 мощности с двойным выходом, и его среднее значение можно регулировать, чтобы допускать коэффициент преобразования от 0 до 1/3. Напряжение vo2 на второй LED-цепочке 133 является постоянной составляющей напряжения, присутствующего на втором центральном узле N2, и его среднее значение можно регулировать, чтобы допускать коэффициент преобразования от 2/3 до 1.
[0075] Например, работа преобразователя 103 мощности с двойным выходом с коэффициентом заполнения 75% с подведением напряжения 8 Вольт допускает генерацию на выходе 2 В для первой LED-цепочки 131 и 6 В для двух LED, включенных последовательно вместо второй LED-цепочки 133. Когда коэффициент заполнения возрастает, напряжение vo1 на первой LED-цепочке 131 возрастает, возбуждая больший ток через первую LED-цепочку 131, а напряжение vo2 на двух LED, включенных последовательно, снижается, возбуждая меньший ток через два LED. Противоположное поведение можно получить, когда коэффициент заполнения снижается.
[0076] Фигуры 5A и 5B представляют графики, поясняющие выходные характеристики преобразователя с двойным выходом, содержащегося в блоке возбуждения LED, в соответствии со вторым примерным вариантом осуществления изобретения, изображенном на фигуре 4. Фигуры 5A и 5B изображают распределение входной мощности в каждой из LED цепочек.
[0077] На графике, показанном на фигуре 5A, абсциссы соответствуют значению уставки цвета в диапазоне изменения от холодного белого до теплого белого, в примерном варианте осуществления, изображенном на фигуре 4, где первая LED-цепочка 131 является красным LED, и вторая LED-цепочка 133 является синим LED. Ординаты соответствуют процентному отношению мощности, подаваемой в LED-цепочку, при этом сумма относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, и относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133, равна 100%, независимо от значения уставки цвета. Первая линейная кривая 301 соответствует характеристикам первой LED-цепочки 131, и вторая линейная кривая 303 соответствует характеристикам второй LED-цепочки 133. Первая линейная кривая 501 соответствует характеристикам первой LED-цепочки 131, и вторая линейная кривая 303 соответствует характеристикам второй LED-цепочки 133.
[0078] Например, холодный белый цвет можно получить установкой относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, на 20% и относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133, на 80%; теплый белый цвет можно получить установкой относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, на 50% и относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133, на 50%. Все промежуточные возрастающие значения точки цвета можно получить посредством линейного увеличения относительной мощности, подаваемой в первую LED-цепочку 131, при линейном уменьшении относительной мощности, подаваемой во вторую LED-цепочку 133.
[0079] На графике, показанном на фигуре 5B, абсциссы соответствуют значению уставки цвета, а именно, процентному значению коэффициента заполнения в диапазоне изменения от 0 до 100% соответствующем значению уставки цвета, изменяющейся в диапазоне от холодного белого до теплого белого, подобно тому, как на графике, изображенном на вышеописанной фигуре 5A. Ординаты соответствуют отношению между напряжением vo1 на первой LED-цепочке 131 и напряжением vo2 на второй LED-цепочке 133. Кривая 511 показывает изменения упомянутого отношения в соответствии со значением уставки цвета, то есть, в зависимости от коэффициента заполнения. Посредством повышения коэффициента заполнения можно изменять упомянутое отношение от 0 до 0,5, с использованием преобразователя 103 мощности с двойным выходом как в изображенном варианте осуществления на фигуре 4.
[0080] В общем, настоящее изобретение допускает раздельное управление двумя выходами преобразователя мощности посредством, по меньшей мере, управления коэффициентом заполнения сигналов управления, которые приводят в действие переключатели преобразователя мощности, при этом преобразователь мощности сформирован преобразователем на переключающихся конденсаторах, и выходы преобразователя мощности подсоединены к внутренним узлам соединения структуры переключающихся конденсаторов, которые уже, по существу, содержатся в данной структуре.
[0081] В предпочтительных вариантах осуществления, например, в вышеописанном первом варианте осуществления, можно управлять двумя выходами преобразователя мощности совершенно независимым способом на основании уставки точки цвета и, возможно, уставки яркости посредством изменения коэффициента заполнения сигналов управления, а также входного напряжения Vin преобразователя мощности.
[0082] Хотя изобретение показано и подробно описано выше на чертежах и в вышеприведенном описании, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что приведенные иллюстрации и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления; напротив, возможны различные изменения и модификации в пределах объема охраны изобретения, определяемого в прилагаемой формуле изобретения.
[0083] Например, выходные фильтры в соответствии с описанными вариантами осуществления являются индуктивными фильтрами, но возможно также применение выходных фильтров других известных типов.
[0084] В качестве другого примера, примерные преобразователи на переключающихся конденсаторах в двух основных вариантах осуществления, описанных выше, никак не ограничивают настоящее изобретения, так как возможно применение преобразователей на переключающихся конденсаторах любых других типов, например, преобразователей SCC Фибоначчи или преобразователей SCC с более сложными структурами, включающими в себя больше конденсаторов и переключателей, не отклоняющихся от новаторской концепции настоящего изобретения.
[0085] В другом примере, в основном, относящемся к второму основному варианту осуществления, описанному выше, присутствие управляемого регулятора напряжения не обязательно, если блок возбуждения или осветительная система, содержащий(ая) преобразователь мощности с двойным выходом должна подсоединяться к источнику, уже подающему регулируемое напряжение питания.
[0086] В качестве еще одного примера, управление током через нагрузку по замкнутой схеме также не обязательно, и возможно также применение разомкнутых схем управления, без отклонения от новаторской концепции настоящего изобретения.
[0087] Все переключатели, применяемые в архитектуре преобразователя SCC, описанной в настоящей заявке, могут быть двунаправленными и выполненными по подходящей технологии, которая совместима с частотой переключения схемы. Например, переключатели могут быть сформированы полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник (полевыми МОП-транзисторами) на кремниевой подложке или транзисторами с высокой подвижностью электронов (HEMT) на подложке нитрида галлия.
[0088] Все реактивные элементы могут быть выполнены достаточно небольшими для предоставления возможности интеграции, например, в виде системы питания на кристалле (PSoC) или системы питания в корпусе (PSiP).
[0089] Конденсаторы могут быть также выполнены с использованием технологии, подобной технологии, применяемой для сегнетоэлектрической памяти с произвольным доступом (FRAM) или встроенной динамической памяти с произвольным доступом (eDRAM). Более высокая диэлектрическая постоянная, достигаемая с помощью упомянутых технологий, приводит к меньшим и, следовательно, более дешевым интегрированным преобразователям SCC.
[0090] Следует понимать, что все определения, приведенные и используемые в настоящей заявке, преобладают над словарными определениями, определениями в документах, включенных путем отсылки, и/или обычных значений описанных терминов.
[0091] В результате изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения, специалистами в данной области техники в процессе практического внедрения заявленного изобретения могут быть найдены и исполнены другие изменения раскрытых вариантов осуществления. В формуле изобретения выражение «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки перечислены во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.