СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ, ПОДВОДИМЫМ К ЭЛЕКТРОННЫМ ПРИБОРАМ Российский патент 2011 года по МПК H05B37/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области управления электронными приборами, в частности к способу и устройству для управления переключаемым током возбуждения электронных приборов.

Описание известного уровня техники

Последние достижения в области разработки полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД) и органических светоизлучающих диодов (ОСИД) сделали эти приборы пригодными для применения в общем освещении, включая, например, освещение архитектурных сооружений, развлекательных и дорожных объектов. Эти приборы составляют все большую конкуренцию лампам накаливания, люминесцентным лампам и газоразрядным лампам высокой интенсивности.

Количество света, излучаемого СИД в рабочих условиях, прямо зависит от электронного тока, проходящего через этот прибор. Из-за изменений в характеристиках прибора один и тот же ток в приборе может давать ощутимо различающийся выходной световой поток в определенных рабочих условиях, даже если эти СИД относятся к одному типу. Когда ток возбуждения последовательно соединенных СИД падает ниже определенного предела, некоторые СИД могут полностью перестать излучать свет раньше, чем это произойдет с другими, и это может привести к нежелательному режиму работу. Такие эффекты возникают, в основном, из-за колебания характеристик прямого напряжения в различных СИД. Пределы терпимых колебаний выходного светового потока СИД обычно зависят от вида применения освещения. Когда для освещения требуется использовать более одного СИД, характеристики СИД обычно должны быть очень близко согласованными, чтобы можно было максимально упростить конструкцию схемы возбуждения. Был предложен ряд конструкций схемы возбуждения, которые позволяют эффективно управлять током возбуждения СИД. Большинство этих конструкций относится к категории линейных схем возбуждения постоянным током, которые могут поддерживать прохождение одинакового возбуждающего тока через последовательно соединенные СИД. Однако многие линейные схемы возбуждения постоянным током подвержены большим потерям мощности и требуют электронных устройств определенной мощности и тщательного терморегулирования. Для большинства схем возбуждения прямым током или переключаемым током необходимы сложные системы управления с обратной связью, чтобы обеспечить точное и надежное управление световым потоком, если требуется обеспечить широкий спектр рабочих условий, включая небольшой частичный номинальный выход света.

В других решениях, направленных на эффективное управление СИД, требуется применение импульсного инвертирующего стабилизатора, образующего общий регулируемый источник напряжения, балластных резисторов на стороне низкого напряжения, чтобы установить ток возбуждения СИД, и параллельных резисторов для контролирования тока. Например, в патенте США № 6362578 описано, как можно использовать резисторы смещения для управления током и преобразователь напряжения с контуром обратной связи для поддержания постоянного напряжения на матрице СИД. Дополнительный транзистор присоединен на стороне низкого напряжения СИД и переключается с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления выходным световым потоком. Эта цепь возбуждения имеет большие потери мощности из-за наличия резисторов смещения, кроме того, резисторы смещения могут требовать дорогостоящей калибровки, чтобы обеспечить точное управление током. Кроме того, в патенте США №4001667 описана система автоматического управления, которая передает последовательность импульсов постоянного тока светоизлучающим диодам для управления выходным световым потоком. Однако эта система автоматического управления не позволяет обеспечить управление коэффициентом заполнения импульсов тока в полном объеме.

В патенте США №6586890 описан способ, в котором используется система с обратной связью по току для регулировки мощности, подводимой к СИД, в которой низкочастотный управляющий сигнал ШИМ возбуждает источник питания. Однако в этом способе используются частоты переключения ШИМ от 20 Гц до 20 кГц, которые создают звукочастотный шум и могут отрицательно влиять на СИД из-за термического циклирования матриц СИД, в результате снижающего надежность и срок службы приборов.

В патенте США №6734639 описан способ ограничения избыточных одиночных импульсов возбуждающего тока схемы переключаемого возбуждения для матриц СИД с помощью преобразователя напряжения в сочетании со специальной схемой возбуждения с выборкой и хранением. Сигнал возбуждения СИД связан с сигналом смещенного переключения для многократного перевода преобразователя напряжения в состояние "включено" и "выключено" в целях одновременного переключения нагрузки и источника питания. Однако этот способ можно применять только для обратноходовых и двухтактных преобразователей напряжения, и он не позволяет управлять током возбуждения СИД непосредственно. Это способ не обеспечивает значительного уменьшения потерь мощности схемы возбуждения или повышения общей эффективности системы. Кроме того, этот способ обычно работает только в пределах требуемых параметров до частот возбуждения порядка 400 Гц и не позволяет осуществлять переключение с высокой частотой. Следовательно, эта известная схема возбуждения может создавать нежелательный звукочастотный шум и налагать избыточное температурное напряжение на матрицы соединенных СИД.

Кроме того, в заявке на патент США №2004/0036418 описан способ возбуждения матриц СИД, в котором для изменения тока, проходящего через СИД, используется преобразователь. Переключение тока производится в целях, обеспечивающих обратную связь. Этот способ содержит существенные элементы стандартного вольтодобавочного преобразователя, однако он не позволяет управлять параллельными цепочками СИД, которые требуют различных прямых напряжений. В этом способе предлагается использовать транзисторные переключатели стороны высокого напряжения в качестве переменных резисторов для ограничения тока на каждой цепочке СИД, однако транзисторные переключатели на стороне высокого напряжения могут вносить большие потери мощности и уменьшать общую эффективность схемы возбуждения.

Компания Power Integrations Inc. производит аналоговые интегральные схемы, которые позволяют эффективно и практично управлять СИД. В Power Integrations Inc. был разработан метод преобразования мощности, названный eDI-92, в котором только требуется минимальное количество компонентов и который особенно подходит для осветительных применений с низким потреблением энергии, например, для знаков аварийного выхода или ночных световых знаков. Однако это решение не предусматривает изменение интенсивности света, возможность переключения нагрузки или средство управления пиковым током нагрузки в моменты переключения преобразователя напряжения.

Кроме того, компания austriamicrosystems AG предлагает высокопроизводительную аналоговую интегральную схему AS3691, которую можно использовать для управления от одного до 4 СИД при токах возбуждения до около 1,6 А при конфигурации с одной СИД и 400 мА для каждого СИД при конфигурации с четырьмя СИД. AS3691 имеет весьма специфическую конструкцию схемы обратной связи преобразователя напряжения, которая способна ограничить выходное напряжение преобразователя напряжения. Однако эта микросхема управления преобразователем представляет собой средство для поддержания регулировки напряжения для цепочек СИД с возможностью цифрового переключения для изменения интенсивности света. В этой микросхеме использовано внутреннее ограничение тока в течение всех периодов включения, гарантирующее, что пиковый ток нагрузки никогда не превысит требуемую заданную величину. Такой подход может привести к снижению общей производительности системы. Причем снижение эффективности может усугубляться при частотах переключения выше, чем несколько сотен герц, так как не предусмотрено средство для сохранения заданного значения напряжения во время периода "выключено", и поэтому внутренняя схема ограничения тока должна быть активной в течение большинства периодов включения. Кроме того, эта микросхема управления не позволяет эффективно возбуждать СИД в широком диапазоне прямых напряжений, а обычно требует настройки каждого СИД или цепочки СИД с помощью внешних резисторов.

Кроме того, на фиг.1 показан относительный ток, который может проходить через нагрузку в схеме с переключаемым преобразователем напряжения. Время нарастания 111 и время спада 112 тока прямо связано со скоростью, с которой переключающийся преобразователь напряжений может изменять ток, подводимый к нагрузке. Например, когда эта процедура используется для активизации СИД, светоотдача СИД во время переходных периодов, например, периодов нарастания и спада, может не отвечать требуемому уровню, поэтому могут иметь место колебания в светоотдаче и это может быть хорошо заметно, например, во время малых периодов включения.

Поэтому существует потребность в устройстве и способе для эффективного управления и конструкции электронной схемы тока возбуждения светоизлучающего элемента, которые бы позволили решить описанные выше проблемы известного уровня техники.

Заявитель полагает, что представленная информация о состоянии уровня техники возможно имеет значение для настоящего изобретения. Однако при этом не предполагается и не должно быть истолковано, что какие-либо из представленных выше сведений являются порочащими для настоящего изобретения.

Сущность изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа и устройства для управления током, подводимым к электронным приборам. Согласно одному аспекту изобретения предложено устройство возбуждения и управления, предназначенное для управления током, подводимым к цепочке одного или более электронных приборов, содержащее: преобразователь напряжения, выполненный с возможностью приема напряжения первой величины из источника питания и преобразования напряжения первой величины в напряжение второй величины в ответ на сигнал управления; средство управления изменением интенсивности света, выполненное с возможностью приема напряжения второй величины и сигнала управления изменением интенсивности света, для управления передачей напряжения второй величины в цепочку на основании сигнала управления изменением интенсивности света, причем средство управления изменением интенсивности света может работать в нескольких режимах, а сигнал управления изменением интенсивности света показывает требуемый режим работы средства управления изменением интенсивности света; средство считывания тока, включенное последовательно с цепочкой, предназначенное для формирования сигнала обратной связи, показывающего ток, проходящий через цепочку; и средство обратной связи, электрически подключенное к преобразователю напряжения и средству считывания тока, выполненное с возможностью приема сигнала обратной связи и формирования сигнала управления на основании сигнала обратной связи, а также с возможностью передачи сигнала управления в преобразователь напряжения.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ управления током, подводимым к цепочке одного или более электронных приборов, заключающийся в том, что производят выборку тока, протекающего через цепочку; адаптивно преобразуют напряжение из напряжения первой величины в напряжение второй величины в ответ на сигнал обратной связи, показывающий ток выборки; регулируют подачу напряжения второй величины в цепочку на основании сигнала управления изменением интенсивности света, причем интенсивность изменяется адаптивно на основании сигнала управления изменением интенсивности света.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет временную зависимость тока возбуждения нагрузки при выполнении переключения в преобразователе напряжения, как происходит в известном уровне техники.

Фиг.2 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет временную зависимость тока возбуждения осветительной установки со схемой управления изменением интенсивности света в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.4А иллюстрирует типичную зависимость тока возбуждения от времени для устройства возбуждения и управления, содержащего комбинацию схемы обратной связи с выборкой и хранением и простой нагрузки с переключением по типу "включено/выключено", в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.4В иллюстрирует типичную зависимость тока возбуждения от времени для устройства возбуждения и управления, содержащего комбинацию схемы обратной связи с выборкой и хранением и резистивно переключаемой нагрузки, в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.5 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения.

Фиг.6 иллюстрирует осветительную установку, содержащую один источник питания вместе с множеством цепочек светоизлучающих элементов, каждая из которых содержит устройство возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.7 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.8 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с вариантом, показанным на фиг.7.

Фиг.9 изображает схему возбудителя светоизлучающего элемента голубого спектра, выполненную в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.10 изображает схему первого возбудителя светоизлучающего элемента зеленого спектра, выполненную в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.11 изображает схему второго возбудителя светоизлучающего элемента зеленого спектра, выполненную в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.12 изображает схему возбудителя светоизлучающего элемента красного спектра, выполненную в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.13 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.14 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения на фиг.13.

Фиг.15 иллюстрирует другую осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с вариантом, показанным на фиг.13.

Фиг.16 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.

Фиг.17 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с вариантом, показанным на фиг.16.

Фиг.18 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с вариантом, показанным на фиг.16, в которой средство управления изменением интенсивности света расположено на стороне высокого напряжения цепочки одного или более светоизлучающих элементов.

Фиг.19 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления в соответствии с вариантом настоящего изобретения.

Фиг.20 иллюстрирует схему настройки преобразователя напряжения, который может быть выполнен с возможностью интеграции в осветительную установку с устройством возбуждения и управления согласно фиг.19.

Фиг.21 иллюстрирует осветительную установку с устройством возбуждения и управления согласно другому варианту настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Определения

Термин "источник питания" используется для обозначения системы, содержащей вход и выход для преобразования первой формы электричества, поступающей на вход, приведение первой формы электричества во вторую форму электричества и подачи второй формы электричества на выход. Источник питания может принимать заранее определенный спектр форм электричества на входе и может приводить электричество в заранее определенный спектр форм электричества и подавать его на выход.

Термин "преобразователь напряжения" используется для обозначения системы, содержащей вход и выход, которая может конвертировать входное напряжение первой величины в выходное напряжение второй величины, причем первая и вторая величины могут быть одинаковыми или различными.

Термин "электронный прибор" используется для обозначения любого устройства, рабочий режим которого зависит от формы подводимого электричества. Примеры электронных приборов включают в себя светоизлучающие элементы, серводвигатели и другие приборы, требующие регулирования формы подводимого электричества, как будет легко понятно специалистам в данной области.

Термин "светоизлучающий элемент" используется для обозначения прибора, испускающего излучение в любой области или комбинации областей электромагнитного спектра, например, в видимой, инфракрасной и/или ультрафиолетовой области, при его активизации, например, посредством приложения к нему разности потенциалов или пропускания через него тока. Следовательно, светоизлучающий элемент может иметь характеристики излучения монохроматического, квазимонохроматического, полихроматического или широкополосного спектра. Примеры светоизлучающих элементов включают в себя полупроводниковые, органические или полимер-полимерные светоизлучающие диоды, покрытые фосфором светоизлучающие диоды с накачкой в голубой или УФ области спектра, оптически накаченные нанокристаллические светоизлучающие диоды или другие аналогичные приборы, известные специалистам. Кроме того, термин "светоизлучающий элемент" используется для обозначения конкретного испускающего свет прибора, например, матрицы СИД, и может в равной степени использоваться для обозначения комбинации конкретного прибора, который испускает излучение, вместе с корпусом или упаковкой, внутри которой размещен данный конкретный прибор или прибор.

Термин "цепочка" используется для обозначения множества электронных приборов, соединенных последовательно или параллельно или последовательно-параллельно. Например, цепочка электронных приборов может относиться к более чем одному одинаковым или различным электронным приборам, которые могут активизироваться одновременно при приложении напряжения ко всей цепочке, вызывающего возбуждение их всех одним и тем же током, как будет легко понятно специалистам. Параллельная цепочка может относиться, например, к N электронным приборам, расположенным в М рядах, где каждый ряд подключен параллельно, так что все NxM электронные приборы можно активизировать одновременно посредством подвода напряжения ко всей цепочке, чтобы вызвать возбуждение всех NхМ приборов приблизительно 1/М частью всего тока, подводимого во всю цепочку.

Термин "нагрузка" используется для обозначения одного или более электронных приборов или одной или более цепочек электронных приборов, к которым подводится мощность.

Термины "период включения" и "коэффициент включения" используются взаимозаменяемо и обозначают отношение времени в состоянии "включено" к определенному периоду времени, когда речь идет о цифровом переключении, например, о широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая имеет некоторый период времени.

В данном контексте термин "около" подразумевает отклонение на +/-10% от номинального значения. Следует понимать, что такое отклонение всегда включено в любое указанное значение, если только нет иных указаний.

Все технические и научные термины, использованные в данном описании, имеют то же самое значение, в котором они обычно используются специалистами в той области техники, к которой относится изобретение, если нет иных указаний.

В соответствии с настоящим изобретением предложено устройство возбуждения и управления и способ для использования с электронными приборами, через которые следует пропускать постоянный ток, а также к электронным приборам, которым может требоваться сигнал управления. Например, предложенные способ и устройство можно использовать для обеспечения источника переключаемого постоянного тока для одного или более светоизлучающих элементов, управляемого с использованием сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) или другого известного цифрового метода управления. Настоящее изобретение также предусматривает способ и устройство для обеспечения источников переключаемого постоянного тока для множества электронных приборов, которые имеют различные прямые напряжения. Например, если необходимо обеспечить питание множеству цепочек одного или более светоизлучающих элементов от одного источника питания, настоящее изобретение позволяет обеспечить конкретные напряжения к стороне высокого напряжения каждой цепочки светоизлучающих элементов и переключаемый постоянный ток через каждую цепочку.

Устройство возбуждения и управления в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает требуемый переключаемый ток к нагрузке, включающую в себя цепочку одного или более электронных приборов, и содержит одно или более средств преобразования напряжения, одно или более средств управления изменением интенсивности света, одно или более средств обратной связи или одно или более средств считывания. Средство преобразования напряжения на основании входного сигнала управления преобразует величину напряжения из источника напряжения в другую величину, которая требуется на стороне высокого напряжения нагрузки. Средство управления изменением интенсивности обеспечивает управление активацией и дезактивацией нагрузки и может дополнительно служить средством ограничения тока. Средство обратной связи подключено к средству преобразования напряжения и средству считывания тока и обеспечивает сигнал управления средству преобразования напряжения, который показывает перепад напряжения на средстве считывания тока, представляющий ток, проходящий через нагрузку. Средство считывания тока может содержать элемент, который имеет прогнозируемое отношение напряжение-ток и поэтому может давать меру тока, проходящего через нагрузку, на основании снятого сигнала напряжения. На основании принятого сигнала управления средство преобразования напряжения может затем отрегулировать свое выходное напряжение таким образом, чтобы в нагрузку поступал постоянный переключаемый ток.

На фиг.2 показана осветительная установка, содержащая устройство возбуждения и управления в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения. Источник 11 питания подключен к преобразователю 12 напряжения, который подает подходящее напряжение в узел 1000 высокого напряжения одного или более светоизлучающих элементов 15. Преобразователь 12 напряжения может переключаться внутренними или внешними средствами с высокой частотой, изменяя свое входное напряжение на другое выходное напряжение в узле 1000 высокого напряжения цепочки одного или более светоизлучающих элементов 15. В одном варианте частота переключения может колебаться, например, в пределах от 60 кГц до 300 кГц или в другом подходящем диапазоне частот. В другом варианте частота переключения может быть фиксированной, например, около 260 кГц или 300 кГц. Изменение интенсивности света светоизлучающих элементов обеспечивается сигналом 140 управления изменением интенсивности света, который может быть сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) или другим сигналом, который подается в средство 180 управления изменением интенсивности света, являющееся средством активации/деактивации цепочки одного или более светоизлучающих элементов 15. Средство управления изменением интенсивности света содержит операционный усилитель 17 для приема сигнала 140 управления изменением интенсивности света, показывающего период включения, и передает сигнал управления в переключающее средство 900, включенное последовательно с цепочкой одного или более светоизлучающих элементов 15. Средство 910 считывания тока интегрировано в устройство возбуждения и управления и служит средством для определения тока, проходящего через светоизлучающие элементы, например, в узле 1020. Кроме того, в устройство возбуждения и управления интегрировано средство 190 выборки и хранения, которое может служить средством для передачи сигнала 5000 обратной связи по току в преобразователь напряжения для управления током, проходящим через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15.

В варианте, показанном на фиг.2, управление током можно осуществлять двумя различными способами, которые могут зависеть от периода включения. Во время больших периодов включения выходное напряжение преобразователя напряжения можно регулировать с помощью средства 190 выборки и хранения, чтобы подводить заданный пиковый ток к светоизлучающим элементам, при этом переключающее средство 900 может действовать как двухпозиционный переключатель типа "включить-выключить". При малых периодах включения пиковый ток может стать нестабильным из-за реакции характеристик средства 190 выборки и хранения и скорости преобразователя напряжения на быстрые изменения тока нагрузки. Эту нестабильность можно увидеть на фиг.4А, которая представляет пиковый ток в осветительных элементах, управляемых схемой, которая обеспечивает переключение светоизлучающих элементов только по типу "включить-выключить". Во время состояния "выключено" предыдущего периода выход преобразователя напряжения 12 может чрезмерно повыситься, и это может привести к всплеску тока, проходящего через светоизлучающие элементы, в первый момент, когда светоизлучающие элементы активизируются переключающим средством 900. Схема обратной связи с выборкой и хранением и преобразователь напряжения со временем приведут этот пиковый ток под контроль, однако при малых периодах включения для этого может оказаться недостаточно времени, и поэтому импульсы малых периодов включения могут иметь более высокий пиковый ток, чем импульсы больших периодов включения.

Поэтому в настоящем изобретении вместо того, чтобы полагаться исключительно на средство выборки и хранения для ограничения пикового тока, можно сконфигурировать средство 180 управления изменением интенсивности света с возможностью ограничения тока альтернативным заданным уровнем, который может быть, например, немного выше пикового тока, установленного средством выборки и хранения. Эта конфигурация показана на фиг.4В, иллюстрирующей, что выброс тока теперь ограничен вторым средством ограничения тока. Например, высокий уровень или уровень "включено" сигнала 140 управления изменением интенсивности света можно установить пропорциональным этому заданному второму уровню пикового тока, и тогда сигнал управления изменением интенсивности света будет чередоваться между этим пропорциональным уровнем и землей вместо логического переключения уровня. При этом в ответ на сигнал обратной связи, обнаруженный операционным усилителем 17, переключающее средство 900 переходит в состояние "включено" только частично на небольшой период времени в начале каждого периода переключения, чтобы ограничить выброс тока, а в течение остальной части этого периода, когда средство выборки и хранения осуществляет управление, переключающее средство 900 переводится полностью в состояние "включено", тем самым минимизируя потери на переключение. Так как один и тот же сигнал обратной связи от средства 910 считывания тока используется как операционным усилителем 17, так и средством 190 выборки и хранения, между этими двумя уровнями пикового тока будет иметь место по существу плавный переход. Когда средство выборки и хранения и преобразователь напряжения начинают регулировать ток, операционный усилитель будет более жестко переводить переключающее средство в состояние "включено" до тех пор, пока оно не будет полностью в состоянии "включено", и больше не будет ограничивающим фактором для тока, проходящего через электронные приборы.

В одном варианте настоящего изобретения заданный порог, определяющий переход между большим периодом включения и малым периодом включения, составляет от около 5% до 30%. В других вариантах этот заданный порог находится между 10% и 20%. В еще одном варианте заданный порог составляет 10%.

В одном варианте настоящее изобретение позволяет также уменьшить переходные состояния переключения и улучшить время отклика для оперативного управления светоизлучающими элементами, так как переключение нагрузки (одного или более электронных приборов) требует переключения всего одного переключающего средства в отличие от включения и выключения преобразователя напряжения, при котором требуется переключать множество компонентов. Например, на фиг.1 показан относительный ток, который может проходить через нагрузку, когда преобразователь напряжения включается и выключается с низкой частотой. На фиг.3 показан относительный ток, который может проходить через один или более электронных приборов, когда используется предложенное устройство возбуждения и управления, в котором переключается нагрузка. Можно легко заметить, что время нарастания 113 и время спада 114 сигнала, показанного на фиг.3, может быть значительно меньше, чем время нарастания 111 и время спада 112 сигнала в известном аналоге, показанном на фиг.1. Электронные приборы могут переключаться с его помощью цифровым методом с высокой частотой, при этом существенно уменьшаются потери на переключение для большей части периода включения по сравнению с переключением преобразователя напряжения с низкой частотой, как это делается в известном аналоге. Кроме того, устройство возбуждения и управления в соответствии с настоящим изобретением позволяет улучшить работу электронного устройства во время малых периодов включения, так как известный способ переключения преобразователя напряжения между состояниями "включено" и "выключено" не допускает малых периодов включения с более высокими частотами, а предложенное изобретение допускает.

Кроме того, устройство возбуждения и управления в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить по существу управление всем периодом включения, гарантируя при этом относительно постоянный ток во всем диапазоне. Как обсуждалось выше, на фиг.4А показана зависимость между выходным током и периодом включения для схемы, содержащей только схему выборки и хранения, а фиг.4В иллюстрирует зависимость между выходным током и периодом включения, которая может быть обеспечена устройством возбуждения и управления в соответствии с настоящим изобретением, в котором предусмотрено два уровня управления током. Например, поддержание постоянного тока в состоянии "включено", проходящего через светоизлучающие элементы, позволяет получить по существу постоянный и предсказуемый выходной световой поток светоизлучающих элементов, а также снизить риск сокращения срока службы светоизлучающих элементов, который может возникнуть в результате превышения их максимального номинального тока. Например, известные комплекты одноваттных СИД с высокой плотностью потока имеют максимальный номинальный уровень для среднего и мгновенного тока около 350 мА и 500 мА соответственно. Так как при использовании устройства возбуждения и управления в соответствии с настоящим изобретением можно точно регулировать ток, светоизлучающие элементы могут работать по существу на максимальном номинале среднего тока с меньшим или ограниченным риском превышения их максимального номинала мгновенного тока.

На фиг.5 показан вариант устройства возбуждения и управления в соответствии с настоящим изобретением, в котором предусмотрен еще один вариант схемы средства 19 выборки и хранения. Устройство 16 считывания тока выполнено в форме резистора, имеющего заданное отношение напряжение-ток, и является тем самым средством для определения тока, проходящего через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15, путем обнаружения напряжения в узле 102. Кроме того, переключающее средство 13, связанное со средством управления изменением интенсивности света, выполнено в форме транзистора, который реагирует на сигнал из операционного усилителя 17, выдающего сигнал, основанный на принятом сигнале 140 управления изменением интенсивности света.

В одном варианте можно осуществлять возбуждение множества цепочек одного или более светоизлучающих элементов с использованием одного источника питания 21, как показано на фиг.6. Каждая цепочка светоизлучающих элементов 241, 242 и 243 может иметь собственный преобразователь напряжения 221, 222 и 223. Эта конфигурация может быть целесообразной в тех случаях, когда каждая цепочка одного или более светоизлучающих элементов имеет различное полное прямое напряжение. При этом каждый преобразователь напряжения соответственно регулируется, чтобы обеспечить требуемое прямое напряжение для соответствующей цепочки одного или более светоизлучающих элементов 241, 242 или 243. Сигналы управления 231, 232 и 233 принимаются соответствующими операционными усилителями 251, 252 и 253, которые являются частью каждого соответствующего средства управления изменением интенсивности света, связанного с каждой цепочкой одного или более светоизлучающих элементов. Сигналы обратной связи, представляющие ток, проходящий через каждую цепочку одного или более светоизлучающих элементов 241, 242 и 243, можно передавать обратно в соответствующие преобразователи напряжения 221, 222 и 223 через соответствующее схемы 291, 292 и 293 выборки и хранения, которые принимают сигналы непосредственно из своих соответствующих операционных усилителей 251, 252 и 253. Преимущество обеспечения каждой цепочки одного или более светоизлучающих элементов индивидуальным преобразователем напряжения состоит в том, что каждая цепочка одного или более светоизлучающих элементов может работать приблизительно на своем индивидуальном максимальном номинальном токе. Кроме того, наличие различных преобразователей напряжения и средств для цифрового переключения напряжения для каждой цепочки может позволить регулировать силу света для каждой цепочки одного или более светоизлучающих элементов во всем диапазоне от 0% до 100% выходного светового потока светоизлучающих элементов.

Средство преобразования напряжения

Средство преобразования напряжения служит для преобразования напряжения первой величины, получаемого из источника питания, в напряжение второй величины в зависимости от входного сигнала. Понятно, что первая и вторая величина могут быть одинаковы или различными, и они могут зависеть от требуемого перепада напряжения в одной или более цепочках одного или более электронных приборов.

В одном варианте источник питания можно использовать, например, для преобразования переменной мощности в постоянную, и средство преобразования напряжения может быть преобразователем постоянного тока. Преобразователь постоянного тока может быть понижающим импульсным источником питания, например, вольтодобавочным преобразователем. Вольтодобавочный преобразователь или другой преобразователь можно использовать со стандартными внешними компонентами, такими как диод, конденсатор, индуктор и элементы обратной связи. Вольтодобавочные преобразователи выпускаются в стандартных корпусах интегральной системы (ИС), и вместе с дополнительными компонентами они могут выполнять преобразование постоянного тока в постоянный ток с производительностью около 90% или выше. Примеры других преобразователей, которые можно использовать вместо вольтодобавочного преобразователя, включают в себя повышающие преобразователи, промежуточные вольтодобавочные преобразователи, преобразователи типа Кука и обратноходовые преобразователи.

Преобразователь напряжения может работать с высокой частотой для формирования конкретного напряжения, требуемого для цепочки одного или более электронных приборов, например, светоизлучающих элементов, которое может быть стабильным выходным напряжением с ограниченным коэффициентом гармоник. При работе преобразователя напряжения с высокими частотами можно достичь высокой производительности и низкой пульсации напряжения в выходном сигнале. Кроме того, переключение с высокими частотами может позволить переключать один или более электронных приборов с настолько высокими частотами, что они находятся за пределами звукочастотного диапазона, а также может способствовать уменьшению термического циклирования электронных приборов. Все это является преимуществом по сравнению с переключением преобразователя напряжения между состояниями "включено" и "выключено", обычно выполняемым с низкими частотами, например, обычно менее 1 кГц, находящимися в пределах обычного диапазона, воспринимаемого слухом человека.

В одном варианте, когда множество цепочек одного или более электронных устройств, например, светоизлучающих элементов, требует одинакового напряжения питания на стороне высокого напряжения цепочек, стороны высокого напряжения этих цепочек светоизлучающих элементов могут быть присоединены к одному преобразователю напряжения. Например, для цветового осветительного прибора преобразователь напряжения можно связать со всеми цепочками одного или более светоизлучающих элементов одного цвета, и поэтому такой осветительный прибор потребует три преобразователя напряжения. Кроме того, цепочки светоизлучающих элементов можно соединить параллельно, последовательно или последовательно-параллельно.

Средство управления изменением интенсивности света

Средство управления изменением интенсивности света служит для управления активацией одного или более электронных приборов, с которыми оно связано. Средство управления изменением интенсивности света выполнено с возможностью управления подачей относительно стабильного уровня тока на один или более электронных приборов, причем это управление не зависит от периода включения.

В одном варианте изменение интенсивности света светоизлучающих элементов обычно производится путем переключения приборов в состояния "включено" и "выключено" с частотой, при которой глаз человека воспринимает выходной свет как средний уровень света в зависимости от периода включения, а не как последовательность импульсов света. Поэтому взаимосвязь между периодом включения и интенсивностью света может быть линейной во всем интервале изменения интенсивности света, исходя из предположения, что пиковый ток сохраняется постоянным независимо от периода включения. На фиг.2 изменение интенсивности света можно обеспечить с помощью сигнала 140 управления изменением интенсивности света, проходящего через операционный усилитель 17 и затем передаваемого в переключающее средство 900, позволяющее активизировать и выключать цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15, с которой оно связано.

В одном варианте переключающее средство может быть полупроводниковым переключателем, например, переключателем на полевом транзисторе (FET), на биполярном плоскостном транзисторе (BJT) или любым другим переключающим прибором, известным специалистам. Нагрузку обычно можно переключать с частотой, которая ниже частоты переключения средства преобразования напряжения, так что пульсация питания на выходе усредняется за период времени, в течение которого один или более электронных приборов находятся в состоянии "включено". Переключение электронных приборов с относительно высокой частотой может позволить переключать их с частотами, лежащими за пределами звукочастотного диапазона. Кроме того, переключение нагрузки с относительно высокими частотами может уменьшить влияние термического циклирования на электронные приборы, так как они переходят в состояние "включено" на небольшую долю времени перед последующим переходом в состояние "выключено".

В одном варианте, например, во время малых периодов включения, когда сигнал обратной связи становится слишком низким, чтобы адекватно управлять средством преобразования напряжения, средство управления изменением интенсивности света содержит средство для ограничения тока путем активизации переключающего средства в линейной области, так что может проходить только определенное количество тока.

Во время малых периодов включения и как показано на фиг.2, сигнал 140 управления изменением интенсивности света можно переключать при заданном уровне напряжения, чтобы передать эталонное напряжение в операционный усилитель 17. Во время фазы "включено" операционный усилитель 17 может по существу поддерживать такое же напряжение в узле 1020, как задано сигналом 140. Напряжение в узле 1020 прямо связано с током, проходящим через средство 910 считывания тока. Если средство 190 выборки и хранения поддерживает ток слегка ниже того, который задан сигналом 140 управления изменением интенсивности света, то операционный усилитель 17 будет возбуждать переключающее средство 900 в состояние полного "включено". Если средство 140 выборки и хранения больше не может удерживать ток на заданном уровне, то операционный усилитель 17 будет управлять переключающим средством 900 в линейной области, тем самым ограничивая ток, проходящий через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15, значением, установленным сигналом 140 управления изменением интенсивности света.

Средство считывания

Средство считывания предназначено для обеспечения обратной связи по току, проходящему через один или более электронных приборов, для передачи в средство преобразования напряжения. Таким образом, можно поддерживать относительно постоянный уровень тока, проходящего через один или более электронных приборов, во время периодов их активации.

В одном варианте, показанном на фиг.5, устройство 16 считывания тока выполнено в виде постоянного резистора, который имеет заранее определенное отношение тока к напряжению, тем самым позволяя обнаружить напряжение в узле 102 и установить поток тока через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15. Когда цепочка одного или более светоизлучающих элементов 15 переводится в состояние "включено", напряжение считывания в узле 102, сформированное устройством 16 считывания тока, подается обратно в преобразователь напряжения 12 через схему 19 выборки и хранения. В альтернативном варианте устройство 16 считывания тока можно заменить переменным резистором, индуктором или каким-либо другим элементом для формирования напряжения считывания в узле 102, которое представляет ток, проходящий через цепочку светоизлучающих элементов 15 во время фазы "включено". В одном варианте устройство 16 считывания тока является высокоточным резистором с низким значением, который стабилен в широком интервале температур, чтобы обеспечить точную обратную связь.

Средство обратной связи

Устройство возбуждения и управления дополнительно содержит средство обратной связи, подключенное к средству преобразования напряжения и средству считывания тока, для передачи сигнала обратной связи средству преобразования напряжения, который показывает перепад напряжения в средстве считывания тока, представляющий ток, проходящий через нагрузку одного или более электронных устройств. Следовательно, оно является средством для соответствующей регулировки величины напряжения, подаваемого средством преобразования напряжения одному или более электронным устройствам для их работы.

В варианте, показанном на фиг.5, средство выборки и хранения используется для поддержания заданного уровня тока, проходящего через электронные устройства, возбуждаемые во время фазы "включено". При переходе в состояние "включено" ток, проходящий через электронные приборы, вызывает формирование сигнала 510, который подается обратно через средство 19 выборки и хранения в преобразователь 12 напряжения как сигнал 500. Затем преобразователь 12 напряжения регулирует свое выходное напряжение, чтобы подавать постоянный ток в цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15. Когда цепочка одного или более светоизлучающих элементов 15 переводится в состояние "выключено", средство 19 выборки и хранения сохраняет сигнал 500 обратной связи до тех пор, пока цепочка одного или более светоизлучающих элементов 15 не будет снова переведена в состояние "включено". Когда нагрузка переключается обратно в состояние "включено", выходное напряжение все еще будет иметь то же заданное значение, как и при переключении нагрузки в состояние "выключено", что практически исключает любые всплески или падения тока в нагрузке. Как будет понятно специалисту, средство 19 выборки и хранения может быть реализовано в различных типах электронных схем.

Во время малых периодов включения в результате использования этого типа средства выборки и хранения в сигнал обратной связи может вводиться ошибка. Во время малых периодов включения, когда сигнал 510 принимается средством выборки и хранения всего лишь на короткое время, у средства 19 выборки и хранения недостаточно времени для зарядки до требуемого уровня. Это может вызвать падение сигнала 500 обратной связи по току, и в ответ на это падение преобразователь напряжения 12 повысит свой выход. При этом ток, проходящий через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15, может превысить предел, поддерживаемый во время больших периодов включения. Эта ошибка может возрастать с уменьшением времени нахождения светоизлучающего элемента в состоянии "включено", и ток может расти дальше в результате повышения напряжения преобразователем напряжения. Как описывалось выше, в соответствии с настоящим изобретением можно выполнить средство управления изменением интенсивности света с возможностью сохранения требуемого переключаемого тока, проходящего через цепочку одного или более светоизлучающих элементов, во время малых периодов включения.

На фиг.7 показан другой вариант устройства возбуждения и управления, способного выполнять заданный уровень функций. В частности, вместо применения сигнала 140 изменения интенсивности света, как использовано на фиг.2, который пропорционален требуемому уровню пикового тока, можно использовать сигнал управления изменением интенсивности света в форме сигнала 150 переключения логического уровня вместе с переключающим средством 800 и резистором 40 для обеспечения средства изменения интенсивности света осветительной установки. Сигнал 240 представляет собой фиксированный эталон напряжения, пропорциональный требуемому пиковому току. На фиг.8, изображающей специальный вариант устройства, показанного на фиг.7, для управления изменением интенсивности света включается и выключается высокоскоростной аналоговый переключатель 44. Когда переключатель 44 включен, резисторы 43 и 40 действуют как делитель напряжения, который можно установить на более высокое значение, чем эталон напряжения, сформированный резисторами 41 и 42, что сможет гарантировать, что операционный усилитель 17 переведет переключающее средство 13, например, переключатель на FET, в состояние "выключено", препятствующее прохождению тока через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15. Когда переключатель 44 отключается, это переключающее средство достигает состояния высокого импеданса, и сигнал 103 на инвертирующем входе операционного усилителя 17 представляет ток, проходящий через устройство 16 считывания тока. Для больших периодов включения цепь обратной связи по току и преобразователь напряжения 12 могут поддерживать такой уровень напряжения в узле 101, что сигнал 103 будет в основном ниже, чем максимальный требуемый уровень тока, установленный эталоном напряжения 240. Следовательно, операционный усилитель 17 может переключать переключающее средство 13 в состояние "жесткого включения" и состояние "жесткого выключения". В варианте, показанном на фиг.8, благодаря конфигурации аналогового переключателя 44 периоды "включено" и "выключено" светоизлучающих элементов могут быть дополнением сигнала 150 переключения логического уровня. Когда период включения снижается ниже определенного уровня, например, около 10%, а уровень выходного напряжения в узле 101 возрастает, что может вызвать превышение пиковым током заданного уровня, операционный усилитель 17 может снизить уровень напряжения, подводимого к затвору переключающего средства 13, следовательно, переключающее средство будет переключаться в мягком режиме, рассеивая некоторую мощность, чтобы ограничить пиковый ток. Однако при очень малых периодах включения общая средняя рассеиваемая мощность все еще будет низкой. Может потребоваться, чтобы операционный усилитель 17 работал с достаточно высокой скоростью, чтобы эффективно исключить всплески тока или избыточный рост тока, проходящего через цепочку одного или более светоизлучающих элементов. Однако использование высокоскоростного операционного усилителя может вызвать возникновение нежелательных ревербераций или переходных процессов при переключении. Специалистам будет понятно, что для исключения ревербераций или переходных процессов при переключении можно факультативно ввести, например, конденсатор 51 и другие компоненты 50. Этими другими компонентами могут быть, например, развязывающий конденсатор и демпфирующее устройство, содержащее последовательно соединенные резистор и конденсатор, для обеспечения этих желаемых функциональных возможностей. Для специалистов также будут очевидны и другие конфигурации этих компонентов.

На фиг.9, 10, 11 и 12 представлены схемы возбудителя светоизлучающего элемента голубого спектра, первого возбудителя светоизлучающего элемента зеленого спектра, второго возбудителя светоизлучающего элемента зеленого спектра и возбудителя светоизлучающего элемента красного спектра соответственно, каждый из которых конструктивно выполнен в соответствии с настоящим изобретением. Работа этих схем будет по существу такой же, как было описано в связи с фиг.8, хотя в конструкции каждой схемы учтен конкретный цвет свечения светоизлучающего элемента.

На фиг.13 и 14 показаны альтернативные варианты настоящего изобретения. Например, сигнал 150 изменения интенсивности света может подаваться в буфер 60, который возбуждает переключающее средство 13. Буфер переводит переключатель в состояние "жесткого включения" и состояние "жесткого выключения" сигналом изменения интенсивности света для больших периодов включения. При малых периодах включения уровень напряжения в узле 101 может стать высоким, и операционный усилитель 17 может отреагировать на сигнал считывания тока, если этот сигнал выше, чем заданное эталонное напряжение 240. В этом случае буфер может выключиться и тем самым шунтировать переключающее средство в состояние "выключено". Напряжение 102 считывания может внезапно существенно снизиться, вызвав повторное включение буфера усилителем и перевод переключающего средства в состояние "включено". Если операционный усилитель, буфер и переключатель достаточно быстродействующие, то это циклирование между состояниями "включено" и "выключено" может происходить достаточно быстро, чтобы пиковый ток не мог существенно превысить требуемый эталонный уровень, однако может иметь место небольшая пульсация уровня тока. Специалистам будет понятно, что для достижения адекватной работы может потребоваться, чтобы возбудитель 61 переключающего средства, показанный на фиг.15, производил переключение переключающего средства достаточно быстро. Кроме того, могут потребоваться компоненты 50 для уменьшения или исключения ревербераций или переходных процессов при переключении. В качестве этих других компонентов можно использовать, например, развязывающий конденсатор и демпфирующее устройство, содержащее последовательно соединенные резистор и конденсатор, для обеспечения этих желаемых функциональных возможностей. Для специалистов также будут очевидны и другие конфигурации этих компонентов.

На фиг.16 и 17 показаны варианты настоящего изобретения без операционного усилителя, но требующие дополнительных переключающих компонентов для замены некоторых или всех функций операционного усилителя. Переключающее и считывающее средство 950 реагирует на высокий сигнал 340, который может служить средством для шунтирования его считывающего средства во время больших периодов включения. Кроме того, во время малых периодов включения переключающее и считывающее средство 950 может реагировать на низкий сигнал 340, вынуждая тем самым ток проходить через его считывающее средство. Эти функции переключающего и считывающего средства могут обеспечить требуемый уровень функциональных возможностей устройства возбуждения и управления без интеграции, например, операционного усилителя в систему. На фиг.18 показан другой вариант конструкции, показанной на фиг.16, в которой средство управления изменением интенсивности света расположено на стороне высокого напряжения цепочки одного или более светоизлучающих элементов.

Обращаясь конкретно к фиг.17, для больших периодов включения переключающее средство 46, например, FET, может активизироваться сигналом 340 для обхода резистора 43 считывания тока, чтобы повысить производительность и гарантировать, что сигнал 150 изменения интенсивности света будет прямо передан как дополнительный переключающий сигнал для переключающего средства 13 для его перевода в состояние "жесткого включения" и состояние "жесткого выключения". При малых периодах включения, например, меньше, чем около 10%, переключающее средство 46 можно отключать, вынудив тем самым ток проходить через считывающий резистор 43. Напряжение на этом считывающем резисторе 43 может контролироваться транзистором 47, который может автоматически уменьшить действительный стробирующий сигнал 270, в результате чего FET 13 будет пропускать только требуемый пиковый ток. Уровень этого пикового тока можно установить в зависимости от коэффициента перепада напряжения на считывающем резисторе 43 по сравнению, например, с типичным напряжением базы-эмиттера, требуемым для перевода транзистора в состояние "включено". Следовательно, если сигнал обратной связи по току начинает уменьшаться, а уровень напряжения на узле 101 возрастает в достаточной мере, чтобы вызвать увеличение тока нагрузки, то транзистор 47 может начать переход в состояние "включено", чтобы отрегулировать переключающее средство 13, непосредственно ограничивая тем самым ток, проходящий через цепочку одного или более светоизлучающих элементов. При этом снова будут иметь место потери мощности в переключающем средстве 13 и считывающем резисторе 43 при малых периодах включения. Однако, поскольку этот случай может иметь место при малых периодах включения, средняя потеря мощности может быть относительно низкой.

В другом варианте настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг.19, осветительная установка с устройством возбуждения и управления может быть выполнена таким образом, что анод одной или более цепочек одного или более светоизлучающих элементов можно присоединить к положительной шине. В этой конфигурации катод одной или более цепочек светоизлучающих элементов регулируется, а анод одной или более цепочек светоизлучающих элементов присоединен к положительной шине. Преобразователь напряжения 2000 выполнен так, чтобы анод одной из цепочек светоизлучающих элементов был присоединен к положительной шине. Катод этой цепочки присоединен к переключающему средству 900, которое можно использовать, например, как переключатель и линейный транзистор. Переключающее средство 900 затем подключается к средству 910 считывания тока. Отрицательная сторона средства 910 считывания тока регулируется преобразователем напряжения 2000. Дифференциальное усилительное средство 920 сдвигает сигнал напряжения на средстве 910 считывания тока так, что на его выходном зажиме присутствует напряжение, представляющее ток, проходящий через средство 910 считывания тока. Операционный усилитель 17 управляет переключающим средством 900 на основании выходного сигнала средства 910 считывания тока и сигнала 140 управления изменением интенсивности света. Дифференциальное усилительное средство 920 присоединено к схеме 19 выборки и хранения, которая принимает сигнал, показывающий выходной сигнал средства 910 считывания тока, при этом схема 19 выборки и хранения передает сигнал обратной связи по току в преобразователь напряжения 2000, обеспечивая тем самым ввод в преобразователь напряжения для изменения выходного напряжения, если это требуется.

На фиг.20 показана установочная схема преобразователя напряжения, который может быть выполнен с возможностью интегрирования в осветительную установку с устройством возбуждения и управления, изображенным на фиг.19. Переключатель 611 и индуктор 613 расположены на отрицательной шине, которая в данной конфигурации регулируется. Когда переключатель 611 замкнут, ток идет в конденсатор 614 и нагрузку обратно через индуктор и заряд сохраняется в индукторе 613. Когда переключатель разомкнут, диод 612 смещается и действует как цепь короткого замыкания. При этом ток идет из индуктора 613 в конденсатор 614 и нагрузку 615.

На фиг.21 показан другой вариант настоящего изобретения, в котором осветительная система с устройством возбуждения и управления выполнена так, что анод двух или более цепочек светоизлучающих элементов присоединен к положительной шине в соответствии с вариантом настоящего изобретения. В этом варианте преобразователь напряжения содержит интегральную схему 2500, конденсаторы 2510 и 2530, диод 2520, например, диод Шоттки, индуктор 2540, переключатель 2550, например, переключатель FET, и резистор 2560. Узел 2100 и анод цепочки одного или более светоизлучающих элементов присоединены к положительной шине, и анод 2200 регулируется преобразователем напряжения. Так как катод цепочки одного или более светоизлучающих элементов регулируется, устройство 16 считывания тока не соединено с землей. Средством для заземления напряжения на устройстве 16 считывания тока служит дифференциальный усилитель 2340 вместе со связанными с ним резисторами 2300, 2310, 2320 и 2330.

Также на фиг.21 сигнал 150 переключения логического уровня можно использовать вместе с переключателем 44 и резистором 43 для обеспечения средства изменения интенсивности света осветительной установки. Сигнал 240 представляет собой эталон постоянного напряжения, который пропорционален требуемому пиковому току. Высокоскоростной переключатель 44 включается и выключается для управления изменением интенсивности света. Когда переключатель 44 включен, резисторы 43 и 40 действуют как делитель напряжения, который можно установить на более высокое значение, чем эталон напряжения, сформированный резисторами 41 и 42, что позволяет гарантировать, что операционный усилитель 17 переведет переключающее средство 13, например, переключатель FET, в состояние "выключено", препятствующее прохождению тока через цепочку одного или более светоизлучающих элементов 15. Когда переключатель 44 выключен, он достигает состояния высокого импеданса и сигнал 103 на инвертирующем входе операционного усилителя 17 представляет ток, проходящий через прибор 16 считывания тока. Для больших периодов включения контур обратной связи по току и преобразователь напряжения могут сохранять уровень напряжения в узле 2200 таким, что сигнал 103 будет типично ниже, чем максимальный требуемый уровень тока, установленный эталоном напряжения 240. Следовательно, операционный усилитель 17 может переключить переключающее средство 13 в состояние "жесткого включения" и состояние "жесткого выключения". В зависимости от конфигурации аналогового переключателя 44 периоды "включено" и "выключено" цепочки одного или более светоизлучающих элементов могут быть дополнением сигнала 150 переключения логического уровня. Когда период включения падает ниже определенного уровня, например, около 10%, и уровень выходного напряжения в узле 2200 уменьшается, если пиковый ток вырос выше требуемого порога, операционный усилитель 17 может снизить уровень напряжения, которое он подает на затвор переключающего средства 13, следовательно, переключающее средство будет переключаться мягко, рассеивая некоторую мощность для ограничения пикового тока. Однако при малых периодах включения общая средняя рассеиваемая мощность может все же быть небольшой.

В тех вариантах, где множество цепочек светоизлучающих элементов возбуждаются одним источником питания, компоненты контура обратной связи схемы могут быть объединены для всех цепочек светоизлучающих элементов или их групп или могут быть отдельными компонентами для каждой возбуждаемой цепочки светоизлучающих элементов.

Понятно, что представленные выше варианты изобретения являются примерными и в них могут быть внесены различные изменения. Такие изменения не следует рассматривать как выходящие за рамки объема притязаний изобретения, и все такие модификации подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения, как это будет понятно специалистам.

Предложенное устройство возбуждения и управления подводит требуемый переключаемый ток в нагрузку, содержащую цепочку одного или более электронных приборов. Средство преобразования напряжения на основании входного сигнала управления преобразует величину напряжения, полученного из источника напряжения, в другую величину, требуемую на стороне высокого напряжения нагрузки. Средство управления изменением интенсивности света обеспечивает управление активацией и деактивацией нагрузки и может дополнительно обеспечивать средство для ограничения тока. Средство обратной связи подключено к средству преобразования напряжения и средству считывания тока и подает сигнал управления в средство преобразования напряжения, показывающий перепад напряжения в средстве считывания тока, который представляет ток, проходящий через нагрузку. На основании принятого сигнала управления средство преобразования напряжения может отрегулировать свое выходное напряжение так, чтобы в нагрузку поступал постоянный переключаемый ток. Технический результат - повышение эффективности работы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Устройство возбуждения и управления, для управления током, подводимым к цепочке одного или более электронных приборов, содержащее а) преобразователь напряжения, выполненный с возможностью приема напряжения первой величины из источника питания, при этом преобразователь напряжения выполнен с возможностью преобразования напряжения первой величины в напряжение второй величины в ответ на сигнал управления, b) средство управления изменением интенсивности света, выполненное с возможностью приема напряжения второй величины и сигнала управления изменением интенсивности света, при этом средство управления изменением интенсивности света выполнено с возможностью управления передачей напряжения второй величины в цепочку на основании сигнала управления изменением интенсивности света, причем средство управления изменением интенсивности света выполнено с возможностью работы в нескольких режимах, а сигнал управления изменением интенсивности света указывает требуемый режим работы средства управления изменением интенсивности света, с) средство считывания тока, включенное последовательно с цепочкой и выполненное с возможностью формирования сигнала обратной связи, показывающего ток, проходящий через цепочку, и d) средство обратной связи, электрически подключенное к преобразователю напряжения и средству считывания тока, причем средство обратной связи выполнено с возможностью приема сигнала обратной связи и формирования сигнала управления на основании сигнала обратной связи, при этом средство обратной связи дополнительно выполнено с возможностью предоставления сигнала управления в преобразователь напряжения, причем средство управления изменением интенсивности света выполнено с возможностью работы в первом режиме, когда сигнал управления изменением интенсивности света указывает на то, что период включения превышает заданный порог, и средство управления изменением интенсивности света выполнено с возможностью работы во втором режиме, когда сигнал управления изменением интенсивности света указывает на то, что период включения ниже заданного порога.

2. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором заданный порог составляет от 5 до 30%.

3. Устройство возбуждения и управления по п.2, в котором заданный порог составляет 10%.

4. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором сигнал управления изменением интенсивности света показывает период включения и эталонное напряжение.

5. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором сигнал управления изменением интенсивности света показывает период включения, а средство управления изменением интенсивности света дополнительно реагирует на принятый им сигнал эталона напряжения.

6. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором преобразователь напряжения является преобразователем постоянного тока (DC-DC преобразователь).

7. Устройство возбуждения и управления по п.6, в котором преобразователь напряжения выбран из группы, включающей в себя вольтодобавочный преобразователь, повышающий преобразователь, промежуточный вольтодобавочный преобразователь, преобразователь Кука и обратноходовой преобразователь.

8. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором средство считывания тока представляет собой постоянный резистор, переменный резистор или индуктор.

9. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором средство обратной связи содержит схему выборки и хранения.

10. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором цепочка имеет анод и катод и в котором преобразователь напряжения выполнен с возможностью отпирания электрического соединения анода цепочки между преобразователем напряжения и источником питания.

11. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором цепочка имеет сторону высокого напряжения и сторону низкого напряжения, и средство управления изменением интенсивности света электрически подключено к стороне низкого напряжения цепочки.

12. Устройство возбуждения и управления по п.1, в котором цепочка имеет сторону высокого напряжения и сторону низкого напряжения, средство управления изменением интенсивности света электрически подключено к стороне высокого напряжения цепочки.

13. Способ управления током, подводимым в цепочку одного или более электронных приборов, содержащий этапы на, которых а) производят выборку тока, проходящего через цепочку, b) адаптивно преобразуют напряжение из напряжения первой величины в напряжение второй величины в ответ на сигнал обратной связи, показывающий подвергшийся выборке ток, с) управляют подачей напряжения второй величины в цепочку на основании сигнала управления изменением интенсивности света, причем управление адаптивно изменяют на основании сигнала управления изменением интенсивности света, при этом управление подачей напряжения второй величины осуществляют на основании первого режима работы, когда сигнал управления изменением интенсивности света показывает, что период включения превосходит заданный порог, и управление подачей напряжения второй величины осуществляют на основании второго режима работы, когда сигнал управления изменением интенсивности света показывает, что период включения ниже заданного порога.

14. Способ по п.13, в котором заданный порог составляет от 5 до 30%.

15. Способ по п.14, в котором заданный порог составляет 10%.