ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ БЛОК СО СВЕТОДИОДНОЙ ПОЛОСОЙ
LIGHTING UNIT WITH LED STRIP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к осветительному блоку и к осветительной арматуре, включающей в себя осветительный блок. В частности, изобретение относится к осветительному блоку, содержащему несколько светодиодных элементов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Осветительный блок согласно изобретению предназначен для использования в области освещения, т.е. для обеспечения светового выхода, пригодного, в частности, для целей освещения. В частности, но не исключительно, осветительный блок согласно изобретению можно использовать для замены светодиодами ламп, отвечающих уровню техники, например ламп накаливания или люминесцентных ламп (светодиодной модернизации). Для этого использования осветительный блок необходимо снабдить механическим и/или электрическим средством, совместимым с лампой, подлежащей замене.
СИД (светодиоды) обеспечивают такие преимущества, как высокая эффективность и большой срок эксплуатации. Однако отдельный СИД доставляет световой поток только из малой области. В целях освещения, в общем случае требуется множество СИД.
В US 2008/0290814 A1 раскрыта светодиодная (СИД) лампа, устанавливаемая на существующей арматуре для люминесцентной лампы. Арматура содержит балласт, доставляющий электрическую мощность на лампу, которая имеет трубчатый корпус вокруг дискретно или поверхностно смонтированных СИД, компактно размещенных и жестко установленных на плоской прямоугольной гибкой монтажной плате. Мощность переменного тока, генерируемая внешним балластом для люминесцентной лампы, преобразуется в мощность постоянного тока выпрямителями, собранными по схеме моста для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Отдельные СИД могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или в комбинации последовательных и/или параллельных конфигураций. В предпочтительных примерах, два СИД соединены последовательно с токоограничивающим резистором. Множество таких последовательных цепей подключены параллельно к выпрямителю. Фильтрующий конденсатор также может быть подключен параллельно.
Осветительный блок, описанный в US 2008/0290814 A1, можно использовать для модернизации, т.е. замены традиционных люминесцентных ламп лампой, или осветительным блоком, на основе СИД. Однако электрическая конструкция не является гибкой, из-за чего, электрическую схему необходимо адаптировать под то или иное количество СИД.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Желательно обеспечить осветительный блок, имеющий легко адаптируемую электрическую конструкцию, т.е. в котором разные осветительные блоки с разным количеством СИД можно обеспечить с минимальными изменениями в электрической схеме.
Это достигается посредством осветительного блока по п. 1. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Основополагающая идея настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить светодиодные элементы на полосе, т.е. в удлиненной конфигурации, где на полосе продольно размещены с разнесением не только сами светодиодные элементы, но и активные элементы схемы, действующие как электронные приборы возбуждения. Таким образом, согласно основополагающей идее изобретения, электронные приборы возбуждения по меньшей мере частично распределены по длине полосы. Это дает преимущество в том, что электрические потери в электронных приборах возбуждения также распределяются по длине полосы, и в том, что электрическая конструкция осветительного блока, содержащего множество таких элементов на полосе легко масштабируется.
Согласно изобретению, осветительный блок содержит по меньшей мере полосу, т.е. удлиненный элемент, на котором множество осветительных сегментов размещено с разнесением друг от друга. Каждый из осветительных сегментов имеет прямое или непрямое электрическое соединение с по меньшей мере одной клеммой электропитания, предпочтительно на одном конце или обоих концах полосы, благодаря чему, осветительные сегменты могут работать на электрической мощности, поступающей от клеммы электропитания.
Количество осветительных сегментов, обеспеченных на полосе, может сильно разниться. Предпочтительно обеспечить по меньшей мере 2 осветительных сегмента, также предпочтительно обеспечить по меньшей мере 3 осветительных сегмента. Выбранное количество осветительных сегментов будет зависеть от желаемого применения, в частности, необходимого полного светового потока и внешних габаритов осветительного блока. Например, для замены типичной трубчатой люминесцентной лампы может потребоваться поток в 1000 люмен или более. Этот поток должен распределяться по длине трубки, для чего требуется, чтобы несколько сегментов полосы распределялись по длине трубки. Предполагая, что сегмент проходит на расстояние около 10 см и доставляет около 200 люмен, для замены TL трубки 36 Вт с полной длиной около 120 см можно использовать линию, содержащую 11 сегментов. В альтернативном применении, где требуется полный выходной поток лишь около 200 лм или около 400 лм, например в случае, когда замене подлежат лампы накаливания мощностью от 15 до 40 Вт, можно использовать, например, два сегмента. В любом случае, и свет, и потери благоприятно распределяются вдоль длины осветительного блока.
Кроме того, согласно изобретению, каждый осветительный сегмент содержит по меньшей мере один светодиодный элемент и по меньшей мере одну схему возбуждения для управления током, текущим через светодиодный элемент.
В каждом осветительном сегменте может присутствовать единичный светодиодный элемент, который может относиться к любому типу, содержащему известные полупроводниковые СИД или ОСИД любого цвета. В частности, может присутствовать множество отдельных светодиодных элементов, электрически установленных последовательно, параллельно или в комбинации последовательных и параллельных соединений в каждом осветительном сегменте. Светодиодные элементы могут быть одного и того же или разных цветов, например разной цветовой температуры. Как будет показано ниже в предпочтительных вариантах осуществления, особенно предпочтительно обеспечивать в каждом сегменте последовательное соединение по меньшей мере 2 светодиодных элемента. Для многих применений можно использовать СИД в количестве, например, более 3 или более 5. Количество последовательно установленных светодиодных элементов предпочтительно выбирать в соответствии с полным доступным напряжением питания и суммой прямых напряжений светодиодных элементов. Для получения высокой эффективности в стандартных условиях эксплуатации может быть предпочтительно, чтобы сумма прямых напряжений составляла по меньшей мере 60% значения напряжения постоянного напряжения питания постоянного тока (или, в случае изменяющегося напряжения питания, например, выпрямленного напряжения переменного тока по меньшей мере 60% его минимального значения напряжения). Также предпочтительно, чтобы сумма прямых напряжений составляла более 75%, наиболее предпочтительно, более 90% постоянного значения напряжения постоянного тока (или минимально изменяющегося постоянного тока). Например, в светодиодном осветительном блоке, предназначенном для замены трубчатых люминесцентных ламп, принимающих от балласта напряжение переменного тока приблизительно 100 В, 33 светодиодных элемента с прямым напряжением 3 В может соединяться последовательно.
Согласно изобретению, схема возбуждения включает управляемый токоограничивающий элемент. Такой управляемый токоограничивающий элемент принимает входной сигнал управления, например, управляющее(ий) напряжение или ток, и, в ответ на этот входной сигнал управления, активно управляет током, текущим через светодиодный элемент. Примерами электрических компонентов, которые можно использовать в качестве управляемых токоограничивающих элементов являются активные электрические компоненты. Предпочтительно, управляемый токоограничивающий элемент представляет собой или содержит по меньшей мере один транзистор, который, как будет продемонстрировано в предпочтительных вариантах осуществления, может быть, например, полевым транзистором (FET) или биполярным транзистором.
В осветительном блоке полоса, таким образом, обеспечивает механическую конфигурацию и электрическое соединение осветительных сегментов. Предпочтительно, полоса также является теплопроводящей для распределения потерь входящих в нее компонентов на протяжении своей длины. Осветительный блок может состоять только из полосы или может содержать дополнительные элементы, включающие в себя механические элементы, например держатель, корпус и т.д., а также электрические элементы, например, схему электропитания, подключенную к клемме электропитания. Полоса может располагаться в осветительном блоке, например, прямолинейно, но, альтернативно, может быть обеспечена в других формах, например, изгибаться в виде дуги или одного или более кругов, быть обмотана вокруг элемента держателя, зигзагообразно и т.д. Материал полосы предпочтительно является гибким, чтобы полосу можно было сматывать в рулон. Например, полоса может содержать гибкий материал держателя плоской, удлиненной формы, на одной или обеих поверхностях которого обеспечены электрические компоненты и электрические соединения. Альтернативно, целостность полосы может обеспечиваться только электрической проводкой без использования непроводящего материала держателя. Хотя светодиодные элементы можно обеспечить для излучения света с обеих противоположных поверхностей полосы, предпочтительно размещать светодиодные элементы таким образом, чтобы они излучали свет только с одной стороны. В этом случае, предпочтительно, чтобы противоположная сторона имела плоские участки и могла быть покрыта адгезивом, чтобы ее можно было присоединять к держателю и переносить ее тепловые потери через плоский участок на держатель.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, отдельные осветительные сегменты, которые, предпочтительно, содержат идентичную конфигурацию электрической цепи, содержат по меньшей мере одну входную клемму сегмента и по меньшей мере одну выходную клемму сегмента для электрического соединения в каждом осветительном сегменте. Предпочтительно, чтобы входные и выходные клеммы сегментов были непосредственно соединены, например, непрерывными проводящими дорожками на полосе. Первый из осветительных сегментов, который, предпочтительно, размещен на первом конце полосы, может иметь свою входную клемму сегмента непосредственно электрически подключенной к клемме электропитания. Кроме того, осветительные сегменты, и, предпочтительно, все остальные осветительные сегменты, размещенные на полосе, соединены так, что их входная клемма сегмента непосредственно подключена только к выходной клемме сегмента соседнего (предыдущего) осветительного сегмента, но не обязательно непосредственно к клемме электропитания. Таким образом, подача электрической мощности от клеммы электропитания к другим осветительным сегментам может осуществляться через по меньшей мере первый осветительный сегмент.
Также предпочтительно, чтобы в случае осветительных сегментов, снабженных входной клеммой сегмента и выходной клеммой сегмента, полоса делилась на осветительные сегменты путем разделения между выходной клеммой сегмента одного осветительного сегмента и входной клеммой сегмента следующего осветительного сегмента. Схема такова, что после упомянутого разделения, оставшиеся осветительные сегменты, от которых отделены другие сегменты, по-прежнему можно эксплуатировать, подавая электрическую мощность на клемму электропитания. Таким образом, в отношении полосы, содержащей множество, например 100, осветительных сегментов, установленных друг за другом в продольном направлении, можно отделять первый поднабор, например, из 10 сегментов от упомянутой полосы путем деления полосы между выходной клеммой сегмента последнего (10-го) осветительного сегмента поднабора и входной клеммой сегмента следующего (11-го) сегмента. Благодаря электрической цепи, сегменты (например, 10), отделенные от полосы, подлежащей использованию в осветительном блоке смогут работать при подключении к источнику электропитания. Также предпочтительно, чтобы электрическая цепь также позволяла сегментам, отделенным от осветительного блока, т.е. оставшимся в рулоне, например, сохранять функциональность таким же образом.
Таким образом, преимущественно, полосу можно обеспечить бесконечным образом, например в рулоне. Для каждого изготавливаемого осветительного блока можно использовать и отделять от рулона соответствующую длину полосы с некоторым количеством осветительных сегментов. В каждом случае, отделенная часть будет полностью функциональной, и поскольку схема возбуждения распределена по длине полосы, ее просо эксплуатировать, подавая электрическую мощность.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, управляемый токоограничивающий элемент в схеме возбуждения каждого осветительного сегмента управляется сигналом управления из цепи сигнала управления. Предпочтительно, управление осуществляется для получения постоянного тока, текущего через светодиодный элемент, наиболее предпочтительно, даже в случаях, когда напряжение электропитания может изменяться (в заранее заданных границах, тогда как вне этих границ ток может изменяться, например, снижаться для предотвращения перегрева). Как будет рассмотрено в связи с предпочтительными вариантами осуществления, локальную цепь сигнала управления можно обеспечить в каждом из сегментов как часть схемы возбуждения. Альтернативно, можно также обеспечить цепь сигнала управления отдельно от отдельного осветительного сегмента, например, таким образом, чтобы центральная схема управления доставляла сигнал управления на множество токоограничивающих элементов разных осветительных сегментов. Кроме того, сигнал управления может обеспечиваться как из локального участка цепи сигнала управления, предусмотренного в каждом из осветительных сегментов, так и из центрального участка цепи сигнала управления, подключенного к каждому локальному участку цепи сигнала управления. Как рассмотрено в связи с предпочтительными вариантами осуществления, центральная и локальная цепи сигнала управления могут соединяться по-разному, например непосредственно, через конденсатор или через стабилитрон.
Предпочтительно, цепь сигнала управления содержит элемент опорного напряжения для доставки сигнала постоянного напряжения. Такой элемент опорного напряжения может представлять собой отдельный электрический компонент, например, опорный элемент запрещенной зоны или, наиболее предпочтительно, стабилитрон, или, альтернативно, электрическую цепь с множеством электрических компонентов, например, цепь делителя напряжения. Элемент опорного напряжения можно использовать для доставки сигнала управления на управляемый токоограничивающий элемент, чтобы через светодиодный элемент тек постоянный ток.
Согласно варианту осуществления изобретения, центральный блок управления можно обеспечить в осветительном блоке для доставки центрального сигнала управления на отдельные осветительные сегменты. Предпочтительно, каждый осветительный сегмент содержит входную клемму сигнала управления и выходную клемму сигнала управления, что позволяет, таким образом, доставлять центральный сигнал управления за счет проводимости отдельных осветительных сегментов на каждую из цепей делителя.
Центральный контроллер можно использовать для регулировки тока, текущего через светодиодные элементы до нужного уровня, например, для понижения яркости суммарного светового выхода. Кроме того, можно использовать центральный сигнал управления для обеспечения изменения тока возбуждения светодиодных элементов, и, таким образом, создания модуляции по времени светового потока, генерируемого осветительным блоком. Уровень и хронирование модуляция можно выбирать так, чтобы световой выход осветительного блока все еще воспринимался человеческим глазом как постоянный.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрен конденсатор для сглаживания напряжения питания. Например, осветительный блок может содержать один или более конденсаторов, например, установленных на концах полосы, для сглаживания напряжения питания и ограничения пульсаций напряжения. Однако, в частности, предпочтительно обеспечивать в каждом осветительном сегменте по меньшей мере один буферный конденсатор. Таким образом, электрическая конструкция легко масштабируется, поскольку полная буферная емкость распределяется вдоль длины полосы. Особенно предпочтительно размещать буферный конденсатор параллельно последовательному соединению по меньшей мере светодиодного элемента и управляемого токоограничивающего элемента.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, предусмотрен токовоспринимающий элемент, последовательно соединенный с по меньшей мере светодиодным элементом. Таким токовоспринимающим элементом, предпочтительно, может быть последовательный резистор. Напряжение на последовательном резисторе указывает ток, текущий через светодиодный элемент, и может использоваться как сигнал управления с обратной связью. Хотя в общем случае, предпочтительно обеспечивать осветительные сегменты с идентичными электрическими компонентами, можно обеспечить разные значения сопротивления для последовательного резистора, например для компенсации возможных допусков электрических компонентов, или даже для компенсации влияния различий в количестве СИД в разных осветительных сегментах. Можно изменять значение сопротивления до нужного уровня после установки резистора или после изготовления части полосы, которая включает в себя резистор, например, путем лазерной подгонки.
Кроме того, предпочтительные варианты осуществления относятся к топологии электрического соединения. Предпочтительно, чтобы отдельные осветительные сегменты были электрически соединены параллельно клемме электропитания. Кроме того, предпочтительно, чтобы каждый осветительный сегмент содержал множество СИД, электрически соединенных последовательно.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, осветительный блок дополнительно содержит блок электропитания, включающий в себя преобразователь переменного тока в постоянный ток, выдающий напряжение постоянного тока. Преобразователь переменного тока в постоянный ток, предпочтительно, является выпрямителем, собранным по мостовой схеме. Электрическая мощность постоянного тока, предпочтительно, подается на клемму электропитания.
Согласно дополнительному варианту осуществления, осветительный блок содержит удлиненный корпусной элемент, который, предпочтительно, является трубчатым, т.е. имеет круглое поперечное сечение. Это особенно предпочтительно для светодиодной модернизации осветительных блоков для замены трубчатых люминесцентных ламп. Корпусной элемент имеет электрические контакты, предусмотренные на по меньшей мере одном его конце для подачи электрической мощности. Осветительный блок, включающий в себя такой удлиненный корпусной элемент, предпочтительно, имеет форму, согласующуюся с существующими осветительными арматурами, например, первоначально предназначенными для люминесцентных ламп. Хотя можно обеспечить полосу снаружи корпусного элемента, предпочтительно размещать полосу внутри корпусного элемента, который, в этом случае, предпочтительно, является прозрачной или полупрозрачной оболочкой.
В общем случае, предпочтительно, чтобы осветительный блок обеспечивал средство по меньшей мере для механического и электрического соединения с осветительной арматурой. Механическое и электрическое соединения, предпочтительно, выполнены с возможностью разъема, например, вставное соединение, зажимное соединение и т.п. Кроме того, можно обеспечить и другие соединения, например, тепловое соединение (например, внешнее охлаждение, распределение тепла, излучающее средство). Если осветительный блок используется в осветительной арматуре, балласт можно обеспечить для подачи электрической мощности переменного тока на панель осветительной арматуры. Затем к этой панели подключается осветительный блок, благодаря чему, на осветительный блок поступает электрическая мощность переменного тока. Блок электропитания, включающий в себя преобразователь переменного тока в постоянный ток, предпочтительно, обеспечивается для подачи электрической мощности постоянного тока на клемму электропитания полосы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые и другие признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения явствуют из нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления, в котором:
фиг. 1 - схема электрической цепи осветительного блока;
фиг. 2 - вид сверху светодиодной полосы;
фиг. 3 - вид сбоку светодиодной полосы, показанной на фиг. 2;
фиг. 4 - вид в продольном разрезе светодиодного осветительного блока;
фиг. 5 - символическое представление осветительного блока согласно фиг. 4 в осветительной арматуре;
фиг. 6 - первый вариант осуществления схемы для осветительного блока;
фиг. 7-11 - принципиальные схемы для второго, третьего, четвертого, пятого и шестого варианта осуществления осветительного блока.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1 показана принципиальная схема осветительного блока 10, содержащего блок 12 электропитания с источником 14 мощности переменного тока и подключенными к нему индуктивностью I и полномостовой выпрямительной цепью 16. Блок 12 электропитания, таким образом, подает электрическую мощность постоянного тока (выпрямленного переменного тока) на клеммы 20 электропитания линии 22 идентичных осветительных сегментов, из которых на фиг. 1 показаны только первый осветительный сегмент 30a и второй осветительный сегмент 30b. Осветительные сегменты 30a, 30b размещены на полосе 40, как показано на фиг. 2, 3.
Каждый осветительный сегмент 30a, 30b содержит входные клеммы 32 сегмента, каждая из которых непосредственно подключена к выходным клеммам 34 сегмента. Все осветительные сегменты 30a, 30b в линии 22 соединены последовательно, благодаря чему, первый осветительный сегмент 30a соединен через входную клемму 32 сегмента с клеммой 20 электропитания, и второй осветительный сегмент 30b и каждый последующий осветительный сегмент соединен через свою входную клемму 32 сегмента с выходной клеммой 34 сегмента предыдущего осветительного сегмента. Таким образом, электрическая мощность, поступающая от блока 12 электропитания, поступает через каждый осветительный сегмент 30a, 30b на последующие сегменты.
В каждом осветительном сегменте 30a, 30b схема 36 возбуждения и светодиодный элемент СИД подключены между входными клеммами 32 сегмента.
Сглаживающий конденсатор 38 также подключен к входным клеммам 32 сегмента параллельно схеме 36 возбуждения и СИД.
Схема 36 возбуждения, примеры которой будут продемонстрированы ниже, служит для эксплуатации СИД с помощью управляемого тока возбуждения. Схема возбуждения регулирует ток возбуждения, текущий через СИД, до постоянного значения, несмотря на изменение (в определенных пределах) напряжения, подаваемого на входные клеммы 32 сегмента. Напряжение, выдаваемое при этом блоком 12 электропитания, является выпрямленным напряжением, и поэтому подвержено изменениям. В каждом осветительном сегменте 30a, 30b буферный конденсатор 38 служит для стабилизации этого напряжения. Однако некоторая степень пульсаций останется. Однако схема 36 возбуждения будет подавать на СИД постоянный ток возбуждения желаемого значения. Альтернативно, схема 36 возбуждения может подавать ток возбуждения на СИД согласно другим критериям управления, например, для получения постоянного светового потока и т.д.
Специалисту в данной области техники очевидно, что линейная цепь 22 требует очень малой схемы возбуждения извне - подача напряжения постоянного тока, даже изменяющегося в границах, на клеммах 20 электропитания достаточно для работы всех СИД в отдельных осветительных сегментах 30a, 30b в нужной рабочей точке. Благодаря распределенной структуре цепи, где в каждом осветительном сегменте 30a, 30b предусмотрена схема, связанная с СИД, электрические потери, которые будут происходить при работе, в частности, в цепях 36 делителя, поэтому также распределяются по всей цепи, а не возникают только в одном элементе или блоке. Таким образом, тепло, генерируемое этими потерями, будет автоматически равномерно распределяться по цепи.
Кроме того, каждый осветительный сегмент 30a, 30b с полной схема будет работоспособен даже будучи отделен от других сегментов, равно как и любая последовательность осветительных сегментов 30a, 30b, если они разделены между выходными клеммами 34 сегмента и входными клеммами 34 сегмента следующего осветительного сегмента.
На Фиг. 2, фиг. 3 показана полоса 40, где на гибком, электрически изолирующем материале 42 держателя, обеспеченном в виде плоской, удлиненной полосы, обеспечены электрически проводящие дорожки 44 и электрические компоненты, согласно вышеописанной схеме 10. Светодиодная полоса 40, которая вследствие гибких свойств держателя 42 может быть смотана в рулон 46 (фиг. 3), обеспечивает отдельные осветительные сегменты 30a, 30b, 30c и т.д. в бесконечной конфигурации. Отдельные светодиодные полосы 40 нужной длины можно отрезать от этого рулона 46 посредством операции разделения между входными и выходными клеммами 32, 34 сегментов, т.е. резанием полосы 40, например, по линиям S на фиг. 2, таким образом, разделяя проводящие дорожки 44, которые образуют сквозное соединение через все осветительные сегменты 30a-30c.
На Фиг. 4 показан в символическом виде в продольном разрезе осветительный блок 50, содержащий полосу 40, обеспеченную в полупрозрачной трубчатой оболочке 52. Для светодиодной полосы 40 можно обеспечить отдельный или интегрированный держатель (не показан). На концах осветительного блока 50 обеспечены штыревые контакты 54, которые электрически подключены к блоку 12 электропитания, также обеспеченному в полупрозрачной оболочке 52. Осветительные секции полосы 40 получают питание от блока 12 электропитания, предпочтительно, содержащее только выпрямительную цепь.
В первом примере модернизационной замены трубчатых люминесцентных лампы (TL) светодиодами, каждый осветительный сегмент может доставлять световой поток в 200 лм от длины 10 см. Для осветительного блока, заменяющего TL трубку мощностью 36 Вт с полной длиной около 120 см, можно использовать линию из 11 сегментов.
В дополнительном примере, последовательность TL ламп, имеющая общую длину 60 см, 120 см и 150 см можно заменить осветительными блоками, включающими в себя полосы, имеющие сегменты 27-30 см в длину, каждый из которых, в стандартном режиме работы, обеспечивает световой поток 600 лм. В этом случае, для замены трубки длиной 60 см, можно использовать 2 осветительных сегмента, для трубки длиной 120 см можно использовать 4 осветительных сегмента, и для трубки длиной 150 см можно использовать 5 осветительных сегментов. Следует отметить, что в каждом случае можно использовать один и тот же блок электропитания.
На Фиг. 5 показано использование осветительного блока 50, установленного в осветительной арматуре 60 для замены стандартной люминесцентной лампы. Осветительная арматура 60 содержит балласт 62, подключенный к сети переменного тока. Балласт 62 подает электрическую мощность переменного тока на панели 64 осветительной арматуры. Осветительный блок 50 установлен с помощью своих штыревых контактов 54 в панелях 64. Таким образом, в ходе эксплуатации осветительной арматуры 60 балласт 62 подает электрическую мощность переменного тока на панели 64, в результате чего, электрическая мощность переменного тока поступает в осветительном блоке 50 на схему 12 электропитания. Как описано выше, схема 12 электропитания преобразует электрическую мощность переменного тока в электрическую мощность постоянного тока, полученную выпрямлением, и подает ее на клемму 32 электропитания полосы 40. В полосе 40 используются СИД, каждый из которых возбуждается отдельной схемой 36 возбуждения отдельного осветительного сегмента 30a, 30b, 30c и т.д.
В дальнейшем, будут подробно описаны варианты осуществления цепей согласно общему принципу, показанному на фиг. 1 и рассмотренному выше. Специалисту в данной области техники очевидно, что нижеследующие примеры приведены только в порядке иллюстрации, и можно предусмотреть несколько дополнительных цепей для реализации общего принципа согласно фиг. 1. Следует подчеркнуть, что в нижеследующих примерах, их элементы, например использование биполярных транзисторов вместо полевых транзисторов или использование микроконтроллера или другого логического устройства для выполнения программ или конечного автомата, разных соединительных сетей и локальных цепей сигнала вместо центральных цепей сигнала управления, могут быть взаимозаменяемыми между вариантами осуществления.
На Фиг. 6 показан первый вариант осуществления схемы без центрального блока управления. Блок 12 электропитания состоит только из выпрямителя, собранного по полномостовой схеме, доставляющего выпрямленное, но не фильтрованное или не сглаженное, напряжение постоянного тока на клемму 20 электропитания цепи 22, состоящей из идентичных осветительных сегментов (только три из которых показаны в качестве примера) 30a, 30b, 30c, соединенных последовательно друг с другом, таким образом, что, начиная со второго осветительного сегмента 30b, каждый осветительный сегмент соединен своей входной клеммой 32 сегмента с выходной клеммой 34 сегмента предыдущего осветительного сегмента. Таким образом, цепь согласно первому варианту осуществления, показанная на фиг. 6, имеет такую же структуру, что и в общей концепции цепи, показанной на фиг. 1.
В каждом осветительном сегменте 30a, 30b, 30c фильтрующий конденсатор C1, C2, C3 подключен между входными клеммами 32 сегмента или, поскольку они непосредственно соединены между собой, выходными клеммами 34 сегмента. Таким образом, полная фильтрующая емкость, которая равна сумме емкостей отдельных конденсаторов C1, C2, C3, распределяется по длине полосы 40, на которой размещены сегменты 30a, 30b, 30c (фиг. 2, 3).
Как и в общей структуре, каждый осветительный сегмент 30a, 30b, 30c содержит светодиодные элементы и схему 36 возбуждения. В показанном примере каждый осветительный сегмент содержит два отдельных светодиодных элемента, соединенных последовательно (LED1, LED2 для первого осветительного сегмента 30a, LED3, LED4 для второго осветительного сегмента 30b, LED5, LED6 для третьего осветительного сегмента 30c). Специалисту в данной области техники очевидно, что показанный пример только трех осветительных сегментов 30a, 30b, 30c служит только для иллюстрации. На практике, количество осветительных сегментов, подлежащих использованию в осветительном блоке, может варьироваться. Кроме того, может варьироваться количество светодиодных элементов.
Схема 36 возбуждения каждого осветительного сегмента содержит последовательный резистор RS1, RS2, RS3 используемый как токовоспринимающий элемент, стабилитрон DZ1, DZ2, DZ3 в конфигурации делителя напряжения совместно с резистором RG1, RG2, RG3 делителя напряжения в качестве элемента опорного напряжения, и полевой транзистор M1, M2, M3 в качестве управляемого токоограничивающего элемента для управления током, текущим через светодиодные элементы. Цепь делителя напряжения, состоящая из стабилитрона DZ1, DZ2, DZ3 и резистора RG1, RG2, RG3 делителя напряжения, подключена между входными/выходными клеммами 32, 34 для создания на своей центральной точке 70 соединения потенциала, постоянного относительно анода стабилитрона DZ1, DZ2, DZ3. Это напряжение поступает в качестве сигнала управления на затвор полевого транзистора M1, M2, M3, который в настоящем примере имеет канал с проводимостью n-типа. Светодиодные элементы LED1, LED2; LED3, LED4; LED5, LED6 последовательно подключены к стоку полевого транзистора M1, M2, M3, исток которого дополнительно подключен к последовательному (токовоспринимающему) резистору RS1, RS2, RS3. Полное последовательное соединение СИД, полевого транзистора и последовательного резистора подключено между входными/выходными клеммами 32, 34, как показано.
В ходе эксплуатации потенциал центральной точки 70 соединения будет поступать в качестве сигнала управления на затвор полевого транзистора M1, M2, M3, для регулировки проводимости между истоком и стоком, которая также зависит от потенциала истока полевого транзистора M1, M2, M3. Следовательно, ток будет течь через светодиодные элементы LED1, LED2; LED3, LED4; LED5, LED6 и последовательный резистор RS1, RS2, RS3. В зависимости от величины этого тока, потенциал истока полевого транзистора M1, M2, M3 будет изменяться, благодаря чему, схема 36 возбуждения действует как источник постоянного тока: если ток возбуждения превышает желаемое номинальное значение тока, потенциал истока транзистора M1 будет расти, в связи с чем, падение напряжения затвор/исток относительно точки 70 соединения с фиксированным потенциалом будет приводить к снижению проводимости канала сток/исток транзистора M1, M2, M3, таким образом, ограничивая ток. В противном случае, если ток снижается до значения ниже желаемого номинального тока, результирующий потенциал истока, более низкий по сравнению с фиксированным потенциалом центральной точки 70 соединения, будет приводить к повышению проводимости транзистора M1, M2, M3.
Следовательно, схема 36 возбуждения будет регулировать ток возбуждения, текущий через светодиодные элементы LED1, LED2; LED3, LED4; LED5, LED6 до более или менее постоянного значения вблизи желаемого номинального значения тока, на которое изменения напряжения питания на входных/выходных клеммах 32, 34 оказывают очень малое влияние.
В предпочтительном примере, схема, показанная на фиг. 6, запитывается напряжением 100 В переменного тока, поступающим через индуктивный ограничитель тока, например, от арматуры TL (трубчатой люминесцентной лампы) с магнитным балластом. В эту арматуру (фиг. 5), вместо TL лампы, вставлен светодиодный осветительный блок 50 включающий в себя полосу 40 со схемой, показанной на фиг. 6, благодаря чему напряжение 100 В переменного тока поступает на блок 12 электропитания (мостовой выпрямитель). Хотя выпрямительный компонент может также быть распределенным вдоль длины полосы, т.е. выпрямительный компонент может быть встроен в каждый осветительный сегмент или по меньшей мере в количество осветительных сегментов, в случае осветительного блока, заменяющего TL лампу, ток обычно будет ниже 1 A, которым можно легко управлять даже с помощью очень малого мостового выпрямителя, поэтому распределение этого компонента не принесет большой пользы.
Полное прямое напряжение последовательно соединенных светодиодных элементов в расчете на один осветительный сегмент должно согласовываться с напряжением питания таким образом, чтобы управляемый токоограничивающий элемент имел некоторый запас для регулировки тока. Для иллюстративного применения можно использовать полное прямое напряжение на СИД в диапазоне 90-110 В. Для этого можно обеспечить последовательное соединение надлежащего количества СИД (приблизительно 3 В на каждом). Также существуют более высоковольтные сборки СИД, где можно использовать, например, 2 сборки СИД с напряжением приблизительно 50 В на каждой.
На Фиг. 7 представлен второй вариант осуществления схемы, который также является вариант осуществления общего принципа, показанного на фиг. 1. Специалисту в данной области техники очевидно, что, схема, показанная на фиг. 7, очень похожа на схему, показанную на фиг. 6. Аналогичные детали обозначены сходными ссылочными позициями. В дальнейшем, будут подробно объяснены только различия между этими двумя цепями.
Как объяснено выше со ссылкой на фиг. 6, стабилитроны DZ1, DZ2, DZ3 в каждом осветительном сегменте 30a, 30b, 30c служат для установления опорного потенциала на центральной точке 70 соединения, который используется в качестве сигнала управления, подаваемого на транзистор M1, M2, M3, действующий как управляемый токоограничивающий элемент для тока, текущего через светодиодные элементы. Во втором варианте осуществления согласно фиг. 7, потенциал центральной точки 70 соединения определяется не только стабилитронами в качестве элементов опорного напряжения в локальных цепях 36 сигнала управления, но и центральным сигналом управления, доставляемым из центральной цепи 76 сигнала управления, которая является частью центрального блока 72 управления. Центральный сигнал управления доставляется в каждый осветительный сегмент 30a', 30b', 30c' на входной клемме 71 сигнала управления и оттуда, через выходную клемму 73 сигнала управления, непосредственно передается на следующий осветительный сегмент.
Блок 72 управления содержит микроконтроллер 75 с выходом 74 управления. Центральная цепь 76 сигнала управления соединяет выход 74 микроконтроллера с входной клеммой 71 сигнала управления первого осветительного сегмента 30a' и, таким образом, с центральной точкой 70 соединения каждого осветительного сегмента 30a', 30b', 30c'.
Микроконтроллер 75 может обеспечивать на своем выходе 74 сигнал напряжения, который возбуждает центральная цепь 76 сигнала управления, включающую в себя транзистор Q1, база которого подключена к выходу 74 через резистор R1. Транзистор Q1 подключен к центральной точке 70 соединения и, таким образом, к затвору транзисторов M1, M2, M3, через стабилитрон DZ4.
Микроконтроллер 75 может быть маломощным, что позволяет использовать, как показано, существующую схему также в качестве источника питания для микроконтроллера.
Обеспечивая пригодный сигнал на выходе 74, микроконтроллер 75 может влиять на потенциал центральной точки 70 соединения и, таким образом, сигнал управления, подаваемый на транзисторы M1, M2, M3 в отдельных осветительных сегментах 30a', 30b', 30c'. Таким образом, микроконтроллер 75 может постоянно оказывать влияние или модулировать в режиме изменения со временем ток, текущий через транзисторы M1, M2, M3 и, следовательно, текущий через СИД, благодаря чему, световой выход СИД будет иметь модулированную интенсивность. Таким образом, световой выход можно ослаблять, либо подавая постоянно низкий сигнал управления, либо непрерывно модулируя ток, текущий через светодиодные элементы, в режиме изменения со временем.
В примере, показанном на фиг. 7, микроконтроллер 75 может временно снижать потенциал центральной точки 70 соединения до напряжения туннельного пробоя p-n перехода DZ4. Таким образом, при условии, что на выходе 74 генерируется сигнал, делающий транзистор Q1 проводящим, световой выход будет падать.
На Фиг. 8, 9 представлены третий и четвертый варианты осуществления цепей, которые, как очевидно специалисту в данной области техники, имеют много общих элементов со вторым вариантом осуществления. Аналогичные детали обозначены сходными ссылочными позициями. В дальнейшем, будут подробно описаны только различия.
В качестве примеров возможных цепей источника питания, фиг. 8 демонстрирует источник переменного тока, подключенный напрямую, и фиг. 9 демонстрирует источник переменного тока, подключенный через последовательную индуктивность L1 и параллельный конденсатор C_comp.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 8, центральный блок управления 72', опять же, содержит микроконтроллер 75, но на этот раз с первым выходом 74 и вторым выходом 78. Выходы 74, 78 соединены через резисторы R1, R2 с транзисторами Q1, Q2, между которыми подключена входная клемма 71 сигнала управления, которая, в свою очередь, подключена, в каждом сегменте, к центральной точке 70 соединения через стабилитрон DZ1a, DZ2a, DZ3a и резисторы Rd1, Rd2, Rd3. Таким образом, схема, показанная на фиг. 8, содержит центральную цепь 76' сигнала управления и в каждом сегменте локальная цепь 36' сигнала управления, и помимо сигнала управления (потенциала на центральной точке 70 соединения), генерируемого в локальной цепи сигнала управления, рассмотренной со ссылкой на фиг. 6, центральный сигнал управления поступает через стабилитроны DZ1a, DZ2a, DZ3a и резисторы Rd1, Rd2, Rd3.
В ходе эксплуатации, схему, показанную на фиг. 8, можно использовать для модуляции тока, текущего через СИД, и, таким образом, светового выхода. В зависимости от сигналов, генерируемых на выходах 74, 78 микроконтроллера 75, потенциал на центральной точке 70 соединения может либо возрастать (сигнал на втором выходе 78), либо снижаться (сигнал на первом выходе 74), таким образом, модулируя выходную интенсивность света. Стабилитроны служат для отключения отдельных центральных точек 70 соединения осветительных сегментов 36' друг от друга. Следовательно, в случае, когда оба транзистора Q1 и Q2 не активны, все центральные точки 70 соединения осветительных сегментов 36' должны отключаться друг от друга.
В альтернативном примере, показанном на фиг. 9, центральный блок управления 72ʺ содержит микроконтроллер 75 и центральную цепь 76ʺ сигнала управления. При этом выход 78 можно использовать для подачи сигнала для генерации центрального сигнала управления, подлежащего распределению, на каждый осветительный сегмент через вход сигнала управления и выходные клеммы 71, 73, подключенные к центральной точке 70 соединения в каждом осветительном сегменте через конденсатор C5, C6, C7 и резисторы Rd1, Rd2, Rd3. Таким образом, обеспечивая сигнал на выходе 78, микроконтроллер 75 может повышать потенциал на центральной точке 70 соединения каждого сегмента для увеличения тока и, следовательно, светового выхода для достижения желаемой модуляции.
На Фиг. 10 показан еще один дополнительный пример схемы, реализующей общую концепцию, показанную на фиг. 1. Опять же, каждый осветительный сегмент 30aʺ', 30bʺ', 30cʺ' содержит, как уже описано со ссылкой на фиг. 6, два светодиодных элемента, соединенные последовательно с полевым транзистором и последовательным сопротивлением. Буферный конденсатор C1, C2, C3 установлен параллельно. Однако согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 10, сигнал управления, подаваемый на затвор полевого транзистора M1, M2, M3, не генерируется локально локальной цепью сигнала управления в каждом осветительном сегменте, но доставляется от центрального блока 72ʺ' управления, включающего в себя микроконтроллер 75 и центральную цепь 76ʺ' сигнала управления. При этом сигнал управления задается микроконтроллером 75 через сигнал 74 возбуждения (который, в этом случае, предпочтительно, является аналоговым выходным сигналом, генерируемым цифроаналоговым преобразователем любого вида, либо встроенным в микроконтроллер 75, либо реализованным дополнительной схемой, например, каскадом вывода цифровой ШИМ и фильтра), с использованием транзистора Q1 и окружающих резисторов. Питание обеспечивается, в этом примере, преобразователем 80 постоянного тока. Микроконтроллер 75 может дополнительно модулировать значение тока, обеспечивая сигнал на выходе 74, таким образом, увеличивая или уменьшая проводимость транзистора Q1 и увеличивая или уменьшая потенциал, подаваемый на затвор полевого транзистора M1, M2, M3 в каждом сегменте.
На Фиг. 11 показан еще один дополнительный вариант осуществления, где схема 72ʺ' сигнала управления, аналогичная схеме 72ʺ' управления, показанной на фиг. 10, также доставляет центральный сигнал управления из центральной цепи 76ʺʺ сигнала управления на каждый осветительный сегмент 30aʺʺ, 30bʺʺ, 30cʺʺ. Сигнал управления, доставляемый для стандартной работы преобразователем 80 постоянного тока, может модулироваться микроконтроллером 75 путем обеспечения сигнала на его выходе 74.
В каждом осветительном сегменте 30aʺʺ, 30bʺʺ, 30cʺʺ предусмотрен фильтрующий конденсатор C1, C2, C3, подключенный параллельно к последовательно соединенным последовательному резистору RS1, RS2, RS3, эмиттеру и коллектору биполярного PNP транзистора Q2, Q3, Q4 и нескольким последовательно установленным светодиодным элементам. Сигнал управления, генерируемый центральной цепью 76ʺʺ сигнала управления, поступает на базу биполярных транзисторов Q2, Q3, Q4, действующих как управляемые токоограничивающие элементы в каждом осветительном сегменте 30aʺʺ, 30bʺʺ, 30cʺʺ.
Следует отметить, что в примере, показанном на фиг. 11, третий осветительный сегмент 30cʺʺ содержит только два светодиодных элемента СИД 5, 6, тогда как другие осветительные сегменты 30aʺʺ, 30bʺʺ содержат по три светодиодных элемента каждый. Хотя в общем случае, предпочтительно обеспечивать идентичные цепи в каждом осветительном сегменте, настоящий пример призван демонстрировать, что можно также использовать разные конфигурации цепи. В случае примера, показанного на фиг. 11, значение последовательного сопротивления RS3 в третьем сегменте 30cʺʺ можно выбирать более низким по сравнению с последовательными сопротивлениями RS1, RS2 в остальных осветительных сегментах. Таким образом, можно добиться по существу одинакового светового выхода (потока) от СИД в каждом осветительном сегменте 30aʺʺ, 30bʺʺ, 30cʺʺ. Альтернативно, при использовании светодиодных элементов с разной эффективностью, т.е. по существу одинаковым прямым напряжением, но разным (более высоким) отношением люмен/ампер, можно применять другие варианты выбора для значения резистора RS3. Фиг. 11 также охватывает разные прямые напряжения в расчете на сборку СИД, как рассмотрено выше. Возможен случай, когда прямое напряжение в расчете на светодиодный элемент СИД 5 и СИД 6 выше, чем для других светодиодных элементов.
Изобретение проиллюстрировано и подробно описано в чертежах и вышеприведенном описании. Такие иллюстрация и описание следует рассматривать как иллюстративный или примерный и не ограничительный; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
В вышеприведенных примерах модуляция или соединение между сегментами всегда реализовывалась через входной сигнал управления активного токоограничивающего элемента, т.е. путем изменения потенциала напряжения на базе или затворе. Следует отметить, что аналогичная модуляция также возможна при подаче сигнала на токовоспринимающий резистор RS1, RS2, RS3. В таком варианте осуществления точка соединения между токовоспринимающим резистором и активным токоограничивающим элементом сегментов соединена с соседними сегментами и центральным генератором сигнала управления (непосредственно или через средство разъединения) и принимает сигнал от центрального генератора сигнала управления.
В формуле изобретения слово “содержащий” не исключает наличия других элементов, и употребления их наименований в единственном числе не исключает наличия их множества. Лишь тот факт, что определенные меры упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения или описаны во взаимно различных предпочтительных вариантах осуществления, не говорит о том, что нельзя выгодно использовать комбинацию этих мер. Никакие ссылочные позиции в нижеследующей формуле изобретения не следует рассматривать в порядке ограничения ее объема.