СПОСОБЫ И АППАРАТЫ ДЛЯ ИМИТАЦИИ РЕЗИСТИВНЫХ НАГРУЗОК Российский патент 2013 года по МПК H05B37/02 

Предшествующий уровень техники

Светоизлучающие диоды (СИД) - это источники света на основе полупроводников, традиционно применяемые в целях индикации в приложениях, связанных с маломощными измерительными приборами и бытовыми электроприборами, и поставляемые во множестве цветов (например, красного, зеленого, желтого, синего, белого) на основе типов материалов, используемых для их изготовления. Эти СИД множества цветов недавно начали применять для создания новых источников света на основе СИД, имеющих достаточную светоотдачу для новых приложений, связанных с освещением пространства и прямым наблюдением. Например, как рассмотрено в патенте США № 6016038, упоминаемом здесь в качестве ссылки, многочисленные СИД разных цветов можно объединять в осветительном приборе, имеющем один или более внутренних микропроцессоров, при этом управление интенсивностью каждого из СИД разных цветов и ее изменение осуществляют независимо, чтобы получить некоторое количество разных оттенков. В одном примере такого аппарата СИД красного, зеленого и синего цвета используют совместно для получения буквально сотен разных оттенков из единственного осветительного прибора. Кроме того, управление относительными интенсивностями СИД красного, зеленого и синего цвета можно осуществлять с помощью компьютера, тем самым обеспечивая программируемый многоканальный источник света, способный генерировать любой цвет и любую последовательность цветов с изменяемыми интенсивностями и насыщениями, гарантируя широкий диапазон световых эффектов, бросающихся в глаза. Такие источники света на основе СИД недавно начали применяться во множестве типов приборов и множестве приложений, связанных с освещением, в которых желательны цветоизменяемые световые эффекты.

Управление этими осветительными системами и эффектами, которые они дают, а также их координацию можно осуществлять посредством сети, в которой поток данных, содержащий пакеты информации, передается к осветительным устройствам. Каждое из осветительных устройств может регистрировать все пакеты информации, пропускаемые через систему, и реагировать лишь на пакеты, которые адресованы конкретному устройству. Как только прибывает должным образом адресованный пакет информации, осветительное устройство может прочитать и выполнить команды. Эта компоновка требует, чтобы каждое из осветительных устройств имело адрес, а эти адреса должны быть однозначно определяемыми по отношению к другим осветительным устройствам в сети. Адреса обычно задают путем задания переключателей на каждом из осветительных устройств во время установки. Настройка переключателей проявляет тенденцию к затратам времени и подвержена ошибкам.

Осветительные системы для мест проведения зрелищных мероприятий, розничной торговли и расположения архитектурных достопримечательностей, таких как театры, казино, тематические парки, магазины и торговые пассажи, требуют ассортимента детально разработанных осветительных приборов и систем управления для эксплуатации средств освещения. Обычные осветительные устройства, объединяемые в сеть, имеют свои адреса, задаваемые посредством ряда переключателей, таких как дисковые номеронабиратели, микропереключатели в корпусах DIP или кнопки. Конкретные адреса этих устройств приходится задавать индивидуально, и этот процесс может быть обременительным. Фактически, одну из наиболее трудных задач проектировщиков освещения - конфигурирование системы - приходится решать после установки всех средств освещения. Эта задача, как правило, требует участия, по меньшей мере, двух человек и обуславливает необходимость подойти к каждому осветительному приспособлению или прибору, а также определить и задать сетевой адрес для него посредством использования переключателей или дисковых номеронабирателей, после чего определить параметры наладки и соответствующий элемент на щите управления освещением или в компьютере. Неудивительно, что конфигурирование осветительной сети может занимать много часов в зависимости от местонахождения и сложности. Например, на новой аллее парка с аттракционами могут использоваться сотни осветительных приборов, управляемых по сети, которые не находятся на линии прямой видимости ни друг с другом, ни от какой-либо отдельной точки. Каждый прибор нужно идентифицировать и соотнести с его заданными параметрами на щите управления освещением. Неразбериха и путаница оказываются обычными явлениями во время этого процесса. При удовлетворительном планировании и координировании выбор и задание этого адреса априори провести можно, но это по-прежнему требует значительного времени и сил.

Чтобы устранить эти недостатки, в патенте США № 6777891, упоминаемом здесь в качестве ссылки, предлагается расположение множества осветительных блоков на основе СИД в виде контролируемой компьютером «осветительной гирлянды», в которой осветительный блок представляет собой индивидуально управляемый «узел» осветительной гирлянды. Приложения, подходящие для таких осветительных гирлянд, включают в себя приложения освещения, являющиеся декоративными и ориентированными на развлечения (например, освещение для рождественских елок, освещение шоу, осветительные средства тематических парков, осветительные средства галерей автоматов для видео- и других игр, и т.д.). Посредством компьютерного управления одна или более таких осветительных гирлянд обеспечивают множество сложных временных и цветоизменяющих световых эффектов. Во многих воплощениях данные освещения передаются в один или более узлов заданной осветительной гирлянды последовательно в соответствии с множеством разных схем передачи и обработки данных, а параллельно этому в соответствующие осветительные блоки гирлянды подается питание (например, из источника выпрямленного высокого напряжения, в некоторых случаях - с существенным напряжением пульсаций). В других воплощениях отдельные осветительные блоки осветительной гирлянды соединены друг с другом посредством множества разных трубных конфигураций для обеспечения простого соединения и расположения многочисленных осветительных блоков, составляющих осветительную гирлянду. Кроме того, малые осветительные блоки на основе СИД, которые можно располагать в конфигурации осветительной гирлянды, часто изготавливают в виде интегральных схем, включающих в себя схемы обработки данных и схемы управления источниками света на основе СИД, а заданный узел осветительной гирлянды может включать в себя одну или более интегральных схем, заключенных в одном корпусе с СИД для удобного сочленения с трубкой, предназначенной для соединения многочисленных узлов.

Таким образом, подход, описанный в патенте США № 6777891, обеспечивает гибкое низковольтное многоцветное решение для осветительных гирлянд на основе СИД, которое минимизирует количество компонентов в узлах СИД. Ввиду коммерческого успеха этого подхода промышленности осветительных приборов нужны более длинные гирлянды, в которых больше узлов, для сложных приложений.

Краткое изложение существа изобретения

Заявитель обнаружил и понял, что зачастую полезно рассматривать соединение многочисленных осветительных блоков или источников света, а также нагрузки других типов в контексте получения рабочей мощности последовательно, а не параллельно. Последовательное взаимное соединение многочисленных нагрузок может позволить использование повышенных напряжений для выдачи рабочей мощности на нагрузки, а также может обеспечить работу многочисленных нагрузок, не требуя наличия трансформатора между источником питания (например, напряжения настенной розетки или напряжения линии, имеющего номинал 120 В переменного тока или 240 В переменного тока) и нагрузкой (т.е. многочисленные последовательно соединенные нагрузки могут работать «непосредственно» от напряжения линии).

Соответственно, различные аспекты данного изобретения направлены в общем на создание способов и аппаратов, облегчающих последовательное соединение многочисленных нагрузок для потребления рабочей мощности из источника питания. Некоторые из вариантов осуществления изобретения, описанных здесь, относятся к конфигурациям, модификациям и усовершенствованиям, которые приводят к получению измененных вольтамперных (I-V) характеристик, связанных с нагрузками. Например, вольтамперные характеристики можно изменять заданным образом, что способствует предсказуемому и/или желательному поведению нагрузок, когда они соединены последовательно для потребления рабочей мощности из источника питания, а также параллельных или последовательно-параллельных соединений. В некоторых возможных вариантах осуществления изобретения нагрузки включают в себя источники света на основе СИД (включающие в себя один или более СИД) или осветительные блоки на основе СИД, а вольтамперные характеристики, связанные с источниками света на основе СИД или осветительными блоками, изменяются заданным образом, что способствует предсказуемому и/или желательному поведению источников света на основе СИД / осветительных блоков, когда они соединены во множестве последовательных, параллельных или последовательно-параллельных компоновок для потребления рабочей мощности из источника питания.

В частности, заявитель обнаружил и понял, что создание различных последовательных, параллельных и последовательно-параллельных соединений многочисленных нагрузок, потребляющих мощность из источника питания, в целом облегчается за счет применения резистивных нагрузок. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения измененные вольтамперные характеристики, соответствующие способам и аппаратам, описываемым здесь, вызывают проявление нагрузки как, по существу, линейного или «резистивного» элемента (т.е. ведущего себя аналогично резистору), по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне для источника питания, от которого нагрузка потребляет энергию.

В частности, в некоторых вариантах осуществления данного изобретения нагрузки с нелинейными и/или изменяющимися вольтамперными характеристиками, такие, как источники света на основе СИД или осветительные блоки на основе СИД, модифицированы для имитации, по существу, линейных или резистивных элементов, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда они потребляют мощность из источника питания. Это, в свою очередь, облегчает предназначенное для потребления мощности последовательное соединение модифицированных источников света или осветительных блоков на основе СИД с каждым модифицированным источником света или осветительным блоком сравнительно более предсказуемым образом. Короче говоря, напряжение на зажимах источника питания, из которого последовательное соединение потребляет мощность, совместно используется более предсказуемым образом (т.е. одинаково) среди модифицированных источников света или осветительных устройств. За счет имитации резистивной нагрузки такие модифицированные нагрузки также можно соединять параллельно или в различных последовательно-параллельных комбинациях с результатом, предсказуемым применительно к токам и напряжениям на зажимах.

Например, один вариант осуществления направлен на создание аппарата, содержащего, по меньшей мере, одну нагрузку, имеющую нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одной нагрузкой и имеющего такую конфигурацию, что аппарат имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне. В одном аспекте первый ток, проводимый аппаратом, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, не зависит от второго тока, проводимого нагрузкой.

Еще один вариант осуществления направлен на создание аппарата, содержащего, по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий рабочее напряжение V_Н и рабочий ток I_Н, в котором первая вольтамперная характеристика, основанная на рабочем напряжении V_Н и рабочем токе I_Н, является, по существу, нелинейной или изменяющейся. Этот аппарат дополнительно содержит схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком для обеспечения рабочего напряжения V_Н, причем схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат поводит ток I_З на зажимах и имеет напряжение V_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания. В различных аспектах рабочее напряжение V_H, по меньшей мере, одного осветительного блока меньше, чем напряжение V_З на зажимах аппарата, ток I_З на зажимах не зависит от рабочего тока I_H или рабочего напряжения V_H, по меньшей мере, одного осветительного блока, а вторая вольтамперная характеристика аппарата, основанная на напряжении V_З на зажимах и токе I_З на зажимах, является, по существу, линейной в диапазоне напряжений на зажимах в окрестности номинальной рабочей точки V_З=V_ном.

Еще один вариант осуществления направлен на создание способа, заключающегося в том, что преобразуют нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, по меньшей мере, одной нагрузки в, по существу, линейную вольтамперную характеристику, причем эта, по существу, линейная вольтамперная характеристика не зависит от тока, проводимого нагрузкой.

Еще один вариант осуществления направлен на создание осветительной системы, содержащей множество осветительных узлов, соединенных последовательно для потребления мощности из источника питания. Каждый осветительный узел множества осветительных узлов содержит, по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий, по существу, нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком и имеющую такую конфигурацию, что осветительный узел имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне.

Еще один вариант осуществления направлен на создание способа освещения, заключающегося в том, что: соединяют множество осветительных узлов последовательно для потребления мощности из источника питания, причем каждый осветительный узел включает в себя, по меньшей мере, один осветительный блок, и преобразуют нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, по меньшей мере, одного осветительного блока каждого осветительного узла в, по существу, линейную вольтамперную характеристику.

Еще один вариант осуществления направлен на создание осветительной системы, содержащей множество осветительных узлов, соединенных последовательно для потребления мощности из источника питания. Каждый осветительный узел множества осветительных узлов содержит, по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий, по существу, нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одного осветительного блока. Каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что соответствующие напряжения узлов множества осветительных узлов оказываются, по существу, одинаковыми, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания.

Еще один вариант осуществления направлен на создание способа освещения, заключающегося в том, что: соединяют множество осветительных узлов последовательно для потребления мощности из источника питания, причем каждый осветительный узел включает в себя, по меньшей мере, один осветительный блок; и преобразуют нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, по меньшей мере, одного осветительного блока каждого осветительного узла таким образом, что соответствующие напряжения узлов оказываются по, существу, одинаковыми, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания.

Еще один вариант осуществления направлен на создание аппарата, содержащего, по меньшей мере, одну нагрузку, имеющую первую вольтамперную характеристику, и схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одной нагрузкой для изменения первой вольтамперной характеристики заданным образом, способствующим предсказуемому поведению, по меньшей мере, одной нагрузки, когда эта, по меньшей мере, одна нагрузка соединена последовательно, по меньшей мере, с одной другой нагрузкой для потребления мощности из источника питания. В одном аспекте, первый ток, проводимый аппаратом, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, не зависит от второго тока, проводимого нагрузкой.

Еще один вариант осуществления направлен на создание аппарата, содержащего, по меньшей мере, один источник света, имеющий рабочее напряжение V_H и рабочий ток I_H и первую вольтамперную характеристику на основе рабочего напряжения V_H и рабочего тока I_H. Аппарат также содержит схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним источником света для обеспечения рабочего напряжения V_H, причем схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат проводит ток I_З на зажимах и имеет напряжение V_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания. В различных аспектах рабочее напряжение V_H, по меньшей мере, одного источника света меньше, чем напряжение V_З на зажимах аппарата, ток I_З на зажимах аппарата не зависит от рабочего тока I_H или рабочего напряжения V_H, по меньшей мере, одного осветительного блока, схема преобразователя изменяет первую вольтамперную характеристику заданным образом, чтобы на основании напряжения V_З на зажимах и тока I_З на зажимах обеспечить для аппарата вторую вольтамперную характеристику, которая существенно отличается от первой вольтамперной характеристики, и эта вторая вольтамперная характеристика способствует предсказуемому поведению, по меньшей мере, одной нагрузки, когда эта, по меньшей мере, одна нагрузка соединена последовательно, по меньшей мере, с одной другой нагрузкой для потребления мощности из источника питания.

Еще один вариант осуществления направлен на создание способа, заключающегося в том, что изменяют первую вольтамперную характеристику заданным образом, по меньшей мере, одной нагрузки, чтобы способствовать предсказуемому поведению, по меньшей мере, одной нагрузки для потребления мощности из источника питания, при этом первый ток, проводимый из источника питания, не зависит от второго тока, проводимого, по меньшей мере, одной нагрузкой.

Еще один вариант осуществления направлен на создание аппарата, содержащего, по меньшей мере, одну нагрузку, имеющую нелинейную вольтамперную характеристику, при этом, по меньшей мере, одна нагрузка имеет множество рабочих состояний, и схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одной нагрузкой и имеющую такую конфигурацию, что ток, проводимый аппаратом, когда аппарат потребляет мощность из источника питания, не зависит от множества рабочих состояний нагрузки.

В том смысле, в каком он употребляется в данном описании, термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или систему другого типа, основанную на наличии перехода/инжекции носителей заряда, способную генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин «СИД» включает в себя - но не в ограничительном смысле - различные структуры на основе полупроводников, излучающие свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИД), электролюминесцентные полоски и аналогичные средства. В частности, термин «СИД» обозначает светоизлучающие диоды всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть выполнены с возможностью генерирования излучения в одной (одном) или более из инфракрасной области спектра, ультрафиолетовой области спектра и различных участков видимой области спектра (в целом включающих в себя длины волн излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИД включает в себя - но не в ограничительном смысле - различные типы СИД инфракрасного диапазона, СИД ультрафиолетового диапазона, СИД красного цвета, СИД синего цвета, СИД зеленого цвета, СИД желтого цвета, СИД янтарно-желтого цвета, СИД оранжевого цвета и СИД белого цвета (подробнее рассматриваемых ниже). Следует также понять, что можно предусмотреть конфигурирование СИД и/или управление ими таким образом, что при этом обеспечивается излучение, имеющее различные полосы пропускания (например, полные ширины на уровне полуамплитуды (ПШУА (FWHM)) для заданного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания), и множество доминирующих длин волн в пределах заданной общей классификации цветов.

Например, одно воплощение СИД, выполненного с возможностью генерирования, по существу, белого света (например, СИД белого цвета), может включать в себя некоторое количество кристаллов, которые соответственно излучают разные спектры электролюминесценции, которые в совокупности смешиваются, образуя, по существу, белый свет. В другом воплощении СИД, излучающий белый свет, может быть связан с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере этого воплощения электролюминесценция, имеющая спектр, имеющий относительно короткую длину волны и узкую ширину полосы, «накачивает» люминофорный материал, который, в свою очередь, испускает излучение большей длины волны, имеющее несколько более широкий спектр.

Следует также понять, что термин «СИД» не ограничивает физический и/или электрический тип корпуса СИД. Например, как описано выше, термин «СИД» может относиться к единственному светоизлучающему устройству, имеющему многочисленные кристаллы, которые выполнены с возможностью испускания излучения разных спектров (например, которые могут быть или не быть индивидуально управляемыми). Кроме того, СИД может быть связан с люминофором, который рассматривается как неотъемлемая часть СИД (например, в некоторых типах СИД белого цвета). Вообще говоря, термин «СИД» может относиться к СИД в корпусном исполнении, СИД в бескорпусном исполнении, СИД поверхностного монтажа, СИД в исполнении «перевернутый чип на плате», СИД монтажа в Т-образном корпусе, СИД в радиальном корпусе, СИД в силовом корпусе, СИД, включающим в себя некоторого типа кожух и/или оптический элемент (например, диффузионную линзу), и т.д.

Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из множества источников излучения включая - но не в ограничительном смысле - источники на основе СИД (включающие в себя один или более вышеописанных СИД), температурные источники света (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники света, фосфорицирующие источники света, газоразрядные источники высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные лампы), лазеры, электролюминесцентные источники других типов, пиролюминесцентные источники (например, факелы), свечелюминесцентные источники (например, калильные сетки газовых фонарей, источники излучения с дугами между угольными электродами), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), источники с катодной люминесценцией, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, источники с экранной люминесценцией, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, звуколюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Заданный источник света может быть выполнен с возможностью генерирования электромагнитного излучения в пределах видимой области спектра, вне видимой области спектра или генерирование комбинации обоих этих случаев. Здесь термины «свет» и «излучение» употребляются взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один или более фильтров (например, цветных светофильтров), линз или других оптических компонентов. Следует также понять, что источникам света можно придать конфигурации, подходящие для многих приложений, включая - но не в ограничительном смысле - указание, отображение и/или освещение. «Источник освещения» - это источник света, который выполнен с возможностью, в частности, генерирования излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте термин «достаточная интенсивность» относится к той мощности излучения в видимой области спектра, генерируемого в пространстве или окружающей среде (для выражения суммарного света, выдаваемого из источника света во всех направлениях, применительно к мощности излучения или «световому потоку» часто употребляются такие единицы измерения, как «люмены»), которая достаточна для того, чтобы обеспечить освещение в окружающем пространстве (т.е. свет, который может восприниматься непосредственно и который может, например, отражаться от одного или более из множества промежуточных поверхностей перед тем, как будет воспринят полностью или частично).

Термин «спектр» следует понимать как относящийся к любой одной или нескольким частотам (или длинам волн) излучения, создаваемого одним или более источниками света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимой области спектра, но и к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой или других областях всего электромагнитного спектра. Кроме того, заданный спектр может иметь относительно малую ширину полосы (например, ПШУМ, имеющую, по существу, лишь немного составляющих частот или длин волн) или относительно большую ширину полосы (несколько составляющих частот или длин волн, имеющих разные относительные интенсивности). Следует также понять, что заданный спектр может быть результатом смешения двух или более других спектров (например, смешения излучений, соответственно испускаемых из нескольких источников света).

В целях, преследуемых этим описанием, термин «цвет» употребляется взаимозаменяемо с термином «спектр». Вместе с тем, термин «цвет» обычно употребляется для обозначения главным образом свойства излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя это употребление не следует считать ограничивающим объем этого термина). Соответственно, термины «разные цвета» неявно относится к нескольким спектрам, имеющим разные составляющие длин волн и/или ширины полос. Следует также понять, что термин «цвет» можно употреблять в связи как с белым, так и с небелым светом.

Термин «цветовая температура» обычно употребляется здесь в связи с белым светом, хотя это употребление не следует считать ограничивающим объем этого термина. Термин «цветовая температура», по существу, относится к конкретному цветовому содержанию или оттенку (например, красноватому, синеватому) белого света. Соответственно, цветовая температура выборки заданного излучения обычно характеризуется в градусах Кельвина (К) излучателя, считающегося абсолютно черным телом, который излучает, по существу, тот же самый спектр, что и в выборке излучения, о которой идет речь. Цветовые температуры излучателя, считающегося абсолютно черным телом, обычно находятся в диапазоне от приблизительно 700 К (эту температуру, как правило, считают первой различимой для человеческого глаза) до свыше 10000 К; белый свет обычно воспринимается при цветовых температурах свыше 1500-2000 К.

Пониженные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную составляющую красного цвета или «ощущаемый как более теплый», а повышенные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную составляющую синего цвета или «ощущаемый как более холодный». В качестве примера отметим, что огонь имеет цветовую температуру приблизительно 1800 градусов К, обычная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848 К, дневной свет ранним утром соответствует цветовой температуре приблизительно 3000 К, а свет неба в пасмурный полдень соответствуют цветовой температуре приблизительно 10000 К. Цветное изображение, видимое в дневном свете, соответствующем цветовой температуре приблизительно 3000 К, имеет относительно красноватый тон, тогда как то же самое цветное изображение, видимое в дневном свете, соответствующем цветовой температуре приблизительно 10000 К, имеет относительно синеватый тон.

Употребляемый здесь термин «осветительный прибор» относится к одному или более осветительным устройствам, воплощенным с конкретными конструктивными параметрами в сборке или корпусе. Употребляемый здесь термин «осветительный блок» относится к аппарату, включающему в себя один или более источников света одинакового типа или разных типов. Данный осветительный блок может иметь одну из множества установочных компоновок для источника (источников) света, компоновок и форм оболочек и/или кожухов и/или конфигураций электрических и механических соединений. Кроме того, данный осветительный блок может быть, по выбору, связан с различными другими компонентами (например, может включать в себя такие компоненты, быть подключенным к ним и/или установленным в корпусе вместе с ними) (например, со схемами управления), связанными с работой источника (источников) света. Термин «осветительный блок на основе СИД» относится к осветительному блоку, который включает в себя один или более вышеуказанных источников света на основе СИД по отдельности или в сочетании с другими источниками света не на основе СИД. Термин «многоканальное осветительный блок» относится к осветительному блоку на основе СИД или не на основе СИД, который включает в себя, по меньшей мере, два источника света, выполненных с возможностью соответственного генерирования разных спектров излучения, при этом спектр каждого отличающегося источника света можно назвать «каналом» многоканального осветительного блока.

Термин «контроллер» употребляется здесь в основном для описания различных аппаратов, связанных с работой одного или более источников света. Контроллер может быть воплощен многочисленными способами (например, такими, как в виде специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, рассматриваемых здесь. «Процессор» является одним из примеров контроллера, в котором применяются один или более микропроцессоров, которые можно запрограммировать с использованием программных средств (например, микрокода) для выполнения различных функций, рассматриваемых здесь. Контроллер может быть воплощен с применением или без применения процессора, а также может быть воплощен в виде совокупности специализированных аппаратных средств для выполнения различных функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных с ними схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, применимые в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, включают в себя - но не в ограничительном смысле - обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (СИС) и программируемые логические матрицы (ПЛМ (FPGAs)).

В различных воплощениях процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителей информации (которые рассматриваются здесь как «запоминающее устройство», например энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство компьютера, такое как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ) и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флоппи-диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента, и т.д.). В некоторых воплощениях носители информации могут быть закодированы одной или более программами, которые при их исполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют, по меньшей мере, некоторые из рассматриваемых здесь функций. Различные носители информации могут быть установлены внутри процессора или контроллера либо могут быть переносными таким образом, что одну или более хранящихся на них программ можно загружать в процессор или контроллер для воплощения различных аспектов данного изобретения, рассматриваемых здесь. Термины «программа» или «компьютерная программа» употребляются здесь в родовом смысле для обозначения компьютерного кода любого типа (например, кода программного обеспечения или микрокода), который можно применять для программирования одного или более процессоров или контроллеров.

Употребляемый здесь термин «адресуемое» относится к устройству (например, источнику света в целом, осветительному блоку или прибору, контроллеру или процессору, связанному с одним или более источниками света или осветительными блоками, другими устройствами, не связанными с освещением, и т.д.), выполненному с возможностью приема информации (например, данных), предназначенной для многочисленных устройств, включая его, и избирательного ответа на конкретную информацию, предназначенную для последнего. Термин «адресуемое» часто употребляется в связи с сетевой средой (или «сетью», подробно рассматриваемой ниже), в которой многочисленные устройства подключены друг к другу с помощью одного и того же средства (одних и тех же средств) связи.

В одном сетевом воплощении одно или более устройств, подключенных к сети, могут служить в качестве контроллера для одного или более других устройств, подключенных к сети (например, с созданием взаимосвязи типа «ведущее устройство - ведомое устройство»). В других воплощениях сетевая среда может включать в себя один или несколько специально выделенных контроллеров, которые выполнены с возможностью управления одним или более устройствами, подключенными к сети. В общем случае каждое из многочисленных устройств, подключенных к сети, может иметь доступ к данным, которые представлены на средстве (средствах) связи; вместе с тем, данное устройство может быть «адресуемым» в том смысле, что выполнено с возможностью избирательного обмена данными с сетью (например, прием данных из нее и/или передачу данных в нее) на основании, например, одного или более конкретных идентификаторов (например, «адресов»), присвоенных этому устройству.

Употребляемый здесь термин «сеть» относится к любой взаимосвязи двух или более устройств (включая контроллеры или процессоры), которая облегчает передачу информации (например, для управления устройствами, хранения данных, обмена данными, и т.д.) между любыми двумя или более устройствами и/или среди многочисленных устройств, подключенных к сети. Как должно быть совершенно ясно, различные воплощения сетей, подходящие для взаимосвязи многочисленных устройств, могут включать в себя любую из множества топологий сетей и использовать любой из множества протоколов связи. Кроме того, в различных сетях, соответствующих данному изобретению, любое соединение между двумя устройствами может представлять собой специально выделенное соединение между двумя системами или - в альтернативном варианте - соединение, не являющееся специально выделенным. В дополнение к перенесению информации, предназначенной для двух устройств, такое соединение, не являющееся специально выделенным, может перенести информацию, не обязательно предназначенную для любого из этих двух устройств (например, это может быть соединение открытой сети). Помимо этого, должно быть совершенно ясно, что в рассматриваемых здесь различных сетях устройств возможно применение одной или более беспроводных, проводных или кабельных и/или волоконно-оптических линий связи для облегчения передачи информации через сеть.

Употребляемый здесь термин «интерфейс пользователя» относится к интерфейсу между человеком-пользователем или оператором и одним или более устройствами, создающему возможность связи между пользователем и устройством (устройствами). Примеры интерфейсов пользователя, которые применимы в различных воплощениях данного изобретения, включают в себя - но не в ограничительном смысле - переключатели, потенциометры, кнопки, наборные диски, ползунки, мышь, клавиатуру, клавишное поле на основной клавиатуре, игровые контроллеры различных типов (например, джойстики), трекболы, отображающие экраны, различных типов графические интерфейсы пользователя (ГИПы), сенсорные экраны, микрофоны и датчики других типов, которые могут принимать в некоторой форме побуждающее воздействие, генерируемое человеком, и генерировать сигнал в ответ на него.

Нижеследующие патенты и заявки на патенты упоминаются здесь для справок:

патент США № 6016038, выданный 18 января 2000 г. под названием “Multicolored LED Lighting Method and Apparatus” («Способ освещения на основе многоцветных СИД и устройство для его осуществления»);

патент США № 6211626, выданный 3 апреля 2001 г. под названием “Illumination Components” («Осветительные компоненты»);

патент США № 6608453, выданный 19 августа 2003 г. под названием “Methods and Apparatus for Controlling Devices in a Networked Lighting System” («Способы и аппараты для управления устройствами в осветительной системе сетевой структуры»);

патент США № 6777891, выданный 17 августа 2004 г. под названием “Methods and Apparatus for Controlling Devices in a Networked Lighting System” («Способы и аппараты для управления устройствами в осветительной системе сетевой структуры»);

патент США № 6967448, выданный 22 ноября 2005 г. под названием “Methods and Apparatus for Controlling Illumination” («Способы и аппараты для управления освещением»);

патент США № 6975079, выданный 13 декабря 2005 г. под названием “Systems and Methods for Controlling Illumination Sources” («Системы и способы для управления источниками освещения»);

патент США № 7038399, выданный 2 мая 2006 г. под названием “Method and Apparatus for Providing Power to Lighting Devices” («Способы и аппараты для подачи питания в осветительные устройства»);

патент США № 7014336, выданный 21 марта 2006 г. под названием “Systems and Methods for Generating and Modulating Illumination Conditions” («Системы и способы для генерирования и модуляции условий освещения»);

патент США № 7161556, выданный 9 января 2007 г. под названием “Systems and Methods for Programming Illumination Devices” («Системы и способы программирования осветительных устройств»);

патент США № 7186003, выданный 6 марта 2007 г. под названием “Light-Emitting Diode Based Products” («Изделия на основе светоизлучающих диодов»);

патент США № 7202613, выданный 10 апреля 2007 г. под названием “Controlled Lighting Methods and Apparatus” («Способы управляемого освещения и устройства для их осуществления»);

патент США № 7233115, выданный 19 июня 2007 г. под названием “LED-Based Lighting Networks Power Control Methods and Apparatus” («Способы управления мощностью осветительных сетей на основе СИД и устройства для их осуществления»);

заявка № 10/995038 на патент США, поданная 22 ноября 2004 г. под названием “Light System Manager” («Устройство управления осветительной системой»);

заявка № 11/225377 на патент США, поданная 12 сентября 2005 г. под названием “Power Control Methods and Apparatus for Variable Loads” («Способы управления мощностью и устройства для их осуществления, предназначенные для изменяющихся нагрузок»);

заявка № 11/422589 на патент США, поданная 6 июня 2006 г. под названием “Methods and Apparatus for Implementing Power Cycle Control of Lighting Devices Based on Network Protocols” («Способы и аппараты для воплощения управления циклом мощности осветительных устройств на основе сетевых протоколов»);

заявка № 11/429715 на патент США, поданная 8 мая 2006 г. под названием “Power Control Methods and Apparatus” («Способы управления мощностью и устройства для их осуществления»); и

заявка № 11/325080 на патент США, поданная 3 января 2006 г. под названием “Power Allocation Methods for Lighting Devices Having Multiple Source Spectrum and Apparatus Employing Same” («Способы распределения мощности для осветительных устройств, имеющих многочисленные спектры источников, и аппараты, в которых эти способы применяются»).

Следует понять, что все комбинации вышеизложенных понятий и дополнительных понятий, подробно рассматриваемых ниже (при условии, что эти понятия не являются взаимно несовместимыми), предполагаются составляющими часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. В частности, предполагается, что все комбинации заявляемого объекта изобретения, приводимые в конце этого описания, составляют часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. Следует также понять, что терминология, употребляемая здесь в явном виде и также может присутствовать в описании любого изобретения, упоминаемого здесь в качестве ссылки, и ее следует считать имеющей смысл, наиболее соответствующий конкретным понятиям, описываемым здесь.

Краткое описание чертежей

На чертежах одинаковые позиции в общем случае обозначают одни и те же части на всех различных видах. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, а основное внимание на них в общем случае уделяется иллюстрации принципов изобретения.

На фиг. 1 изображен график вольтамперной характеристики для типичного резистора.

На фиг. 2 и 3 изображены графики вольтамперных характеристик для обычного диода и обычного светоизлучающего блока на основе СИД соответственно.

На фиг. 4 представлена обобщенная блок-схема, иллюстрирующая осветительный блок на основе СИД, подходящий для использования с аппаратом, способствующим осуществлению последовательного соединения многочисленных нагрузок в соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг. 5 представлена обобщенная блок-схема, иллюстрирующая осветительную систему сетевой структуры осветительных блоков на основе СИД согласно фиг. 4.

На фиг. 6 представлена обобщенная блок-схема, иллюстрирующая возможный аппарат для изменения вольтамперной характеристики нагрузки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг. 7 изображена система, включающая в себя множество аппаратов согласно фиг. 6, соединенных последовательно.

На фиг. 8 изображены графики возможных вольтамперных характеристик, предусматриваемых для аппаратов согласно фиг. 6 и 7.

На фиг. 9 представлена принципиальная схема схемы преобразователя, подходящей для аппарата согласно фиг. 6, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг. 10 изображен график вольтамперной характеристики для аппарата согласно фиг. 9.

На фиг. 11 представлена принципиальная схема преобразующей схемы, подходящей для аппарата согласно фиг. 6, в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг. 12 изображен график вольтамперной характеристики для аппарата согласно фиг. 11.

На фиг. 13 и 14 представлены принципиальные схемы схем преобразователя на основе полевых транзисторов в соответствии с другими вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг. 15 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая еще один возможный аппарат для изменения вольтамперной характеристики нагрузки, включающей в себя нагрузку с ограничением по напряжению, в соответствии с одним альтернативным вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг. 16 представлена принципиальная схема на основе аппарата согласно фиг. 15, причем этот аппарат дополнительно включает в себя рабочую схему для управления нагрузкой с ограничением по напряжению.

На фиг. 17 представлена принципиальная схема, демонстрирующая пример рабочей схемы, изображенной на фиг. 16.

На фиг. 18-20 представлены принципиальные схемы аппаратов для изменения вольтамперной характеристики нагрузки в соответствии с различными альтернативными вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг. 21 изображен график вольтамперной характеристики для аппарата согласно фиг. 20.

На фиг. 22 и 23 представлены принципиальные схемы, демонстрирующие другие примеры схемы преобразователя аппарата согласно фиг. 6, в котором действующее сопротивление аппарата в окрестности некоторой номинальной рабочей точки изменяется заданным образом, в соответствии с другими вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг. 24 и 25 изображены возможные осветительные системы, включающие в себя множество последовательно или последовательно-параллельно соединенных аппаратов согласно фиг. 6, в соответствии с еще одними вариантами осуществления данного изобретения.

На фиг. 26 изображена возможная осветительная система, аналогичная тем, которые показаны на фиг. 24 и 25, дополнительно включающая в себя фильтр и мостовой выпрямитель для работы непосредственно от напряжения линии переменного тока, в соответствии с конкретным вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг. 27 изображен аппарат, включающий в себя осветительный блок на основе СИД согласно фиг. 4 и составляющий узлы, показанные на фиг. 24, 25 и 26.

Подробное описание

Ниже приводится подробное описание различных аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения, включая некоторые варианты осуществления, относящиеся конкретно к источникам света на основе СИД. Вместе с тем, следует понять, что данное описание не ограничивается никаким конкретным способом воплощения и что различные варианты осуществления, рассматриваемые здесь в явном виде, приводятся главным образом в целях иллюстрации. Например, различные понятия, рассматриваемые здесь, могут быть должным образом воплощены во множестве сред, включающих в себя источники света на основе СИД, источники света других типов, не включающие в себя СИД, сред, которые включают в себя и СИД, и источники света других типов в сочетании, и сред, которые включают в себя устройства, не связанные с освещением, отдельно или в сочетании с источниками света различных типов.

Данное изобретение относится главным образом к способам и аппаратам для имитации резистивных нагрузок, а также для осуществления последовательных, параллельных или параллельно-последовательных соединений многочисленных нагрузок для потребления рабочей мощности из источника питания. В некоторых воплощениях, описываемых здесь, интерес представляют нагрузки, которые имеют нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику. В других воплощениях нагрузки, представляющие интерес, могут иметь один или более функциональных аспектов или компонентов, которыми можно управлять путем модуляции мощности для функциональных компонентов. Примеры таких функциональных компонентов могут включать в себя - но не в ограничительном смысле - электродвигатели или другие исполнительные механизмы, а также оснащенные приводом/подвижные компоненты (например, реле, соленоиды), управляющие температурой компоненты (например, нагревательные или охлаждающие элементы) и источники света, по меньшей мере, некоторых типов. Примеры методов управления модуляцией мощности, которые применимы в нагрузке для управления функциональными компонентами, включают в себя - но не в ограничительном смысле - частотно-импульсную модуляцию, широтно-импульсную модуляции и числоимпульсную модуляцию (например, одноразрядное цифроаналоговое преобразование).

В некоторых вариантах осуществления предлагаемые способы и аппараты относятся к конфигурациям, модификациям и воплощениям, которые приводят к переменным вольтамперным характеристикам, связанным с нагрузками. Как хорошо известно в электротехнических областях науки и техники, вольтамперная (I-V) характеристика представляет собой график, демонстрирующий зависимость между постоянным током через электронное устройство и напряжением постоянного тока на его зажимах. На фиг. 1 изображен график 302 возможной I-V характеристики для резистора, и на этом графике значения прикладываемого напряжения отложены вдоль горизонтальной оси (оси «х»), а значения получаемого тока отложены вдоль вертикальной оси (оси «у»). I-V характеристику можно применять для определения основных параметров устройства и моделирования его поведения в электрической схеме.

Вероятно, простейший пример I-V характеристики представлен графиком 302 для резистора, который в соответствии с законом Ома (V=I×V), является теоретическим следствием линейной зависимостью между напряжением, приложенным к резистору и соответствующим током, протекающим через резистор. График линейной I-V характеристики можно описать в общем виде зависимостью I=mV+b, где m - наклон графика, а b - отсекаемый отрезок графика по вертикальной оси. В конкретном случае резистора, работающего по закону Ома, как на графике 302, показанном на фиг. 1, отсекаемый отрезок имеет значение b=0 (график проходит через начало координат), а сопротивление R задается величиной m, обратной наклону (т.е. крутой наклон отображает малое сопротивление, а малый наклон отображает большое сопротивление).

В различных аспектах данного изобретения вольтамперные характеристики нагрузок можно изменять заданным образом с тем, чтобы способствовать предсказуемому и/или желательному поведению многочисленных нагрузок, когда они соединены последовательно для потребления мощности из источника питания. В некоторых возможных вариантах осуществления изобретения, описываемых здесь, нагрузки включают в себя источники света на основе СИД (включающие в себя один или более СИД) или осветительные блоки на основе СИД, или, по существу, состоят из таких источников или блоков, а вольтамперные характеристики, связанные с источниками света или осветительными блоками на основе СИД, изменяются заданным образом с тем, чтобы способствовать предсказуемому и/или изменяемому поведению источников света или осветительных блоков на основе СИД, когда они соединены в последовательных, параллельных или последовательно-параллельных компоновках для потребления рабочей мощности из источника питания.

Один вопрос, который часто возникает при рассмотрении соединения многочисленных СИД или осветительных блоков на основе СИД для получения рабочей мощности, заключается в том, что их вольтамперные характеристики в общем случае являются, по существу, нелинейными или изменяющимися, т.е. они не похожи на вольтамперную характеристику резистора. Например, I-V характеристика обычного СИД является приблизительно экспоненциальной (т.е. ток, получаемый СИД, представляет собой приблизительно экспоненциальную функцию прикладываемого напряжения). Вне пределов малого прямого напряжения смещения, как правило, в диапазоне от примерно 1,6 вольт до 3,5 вольт (в зависимости от цвета СИД), малое изменение в прикладываемом напряжении приводит к существенному изменению в токе через СИД. Поскольку напряжение СИД связано с током СИД логарифмической зависимостью, это напряжение можно рассматривать как остающееся, по существу, постоянным в рабочем диапазоне СИД; таким образом, СИД обычно считают устройствами «фиксированного напряжения». На фиг. 2 изображен график 304 возможной вольтамперной характеристики обычного СИД, на котором номинальная рабочая точка показана как раз над прямым напряжением V_СИД смещения. На фиг. 2 показано, что в пределах малого диапазона напряжения СИД может проводить ток в широком диапазоне, соответствующем приблизительно экспоненциальной зависимости, имеющей явно выраженный большой или крутой наклон в номинальной рабочей точке.

Ввиду фиксированного характера напряжения мощность, потребляемая СИД, по существу, пропорциональна проводимому току. Когда средний ток через СИД (и потребление мощности им) увеличивается, яркость света, генерируемого СИД, увеличивается вплоть до достижения максимальной управляемости СИД по току. Последовательное соединение многочисленных СИД не изменяет форму вольтамперной характеристики, показанной на фиг. 2. Следовательно, работа одного или более СИД от источника напряжения обычно не практикуется без одного или более токоограничивающих устройств для «сглаживания» I-V характеристики, когда малые изменения напряжения дают значительные изменения тока.

Чтобы поддержать ток и мощность СИД на относительно предсказуемых уровнях при отклонениях в прикладываемом напряжении (а также отклонениях в физических характеристиках между СИД из-за различий в изготовлении, изменений температуры и других источников отклонения напряжения смещения), зачастую последовательно с СИД располагают токоограничивающий резистор, а затем соединяют его с источником питания. Это дает эффект некоторого сглаживания крутого наклона, который имел бы место в противном случае для I-V характеристики, показанной на фиг. 2, даже несмотря на то, что при этом ожидается пониженная эффективность (некоторая мощность неизбежно расходуется резистором и рассеивается как тепло). При условии что имеется достаточное допустимое напряжение, многочисленные СИД можно соединять последовательно с единственным токоограничивающим резистором. Однако ток, текущий через последовательную комбинацию резистора и СИД, является функцией прямого напряжения (прямых напряжений) V_СИД СИД. Иными словами, ток, проводимый из источника тока с помощью последовательного соединения резистора и СИД, не является независимым от рабочих параметров (напряжения, тока) СИД, а эти рабочие параметры, в свою очередь, зависят от допусков на изготовление СИД, изменчивости источника напряжения и процентной доли общего напряжения, обеспечиваемой в последовательно соединенном резисторе.

При нормальной работе многие обычные электрические и электронные устройства потребляют изменяющийся ток из общих источников энергии, которые в типичном случае обеспечивают, по существу, фиксированные и стабильные напряжения безотносительно потребностей устройства в мощности. Эта ситуация характерна для обычного осветительного блока на основе СИД, который можно эксплуатировать, запитывая один или более многочисленных разных СИД (или многочисленных разных групп СИД) в любой момент времени, каждый из которых связан с конкретным током (как подробнее описывается ниже в связи с фиг. 4). Таким образом, можно полагать вольтамперную характеристику «изменяющейся» в том смысле, что устройство может потреблять изменяющийся ток (например, несколько разных токов) при заданном напряжении питания.

На фиг. 3 изображена возможная изменяющаяся вольтамперная характеристика, включающая в себя три графика 306₁, 306₂ и 306₃ и возможную номинальную рабочую точку, для обычного светоизлучающего блока на основе СИД. В примере согласно фиг. 3 при некотором заданном напряжении возможны три разных тока, а для построения каждого графика применятся источник постоянного тока с целью существенного сглаживания I-V характеристики. Фиг. 3 показывает, что благодаря источникам постоянного тока для любого заданного режима работы (для каждого из графиков) средний ток, находящийся в конкретном малом диапазоне, потребляется осветительным блоком в широком диапазоне прикладываемых напряжений; однако и в этом случае при любом заданном напряжении возможны многочисленные разные токи. Следует понять, что три графика, показанные на фиг. 3, представлены главным образом в целях иллюстрации и что осветительные блоки других типов или электронные устройства, имеющие многочисленные режимы работы, могут иметь I-V характеристики, содержащие многочисленные графики, которые проходят по множеству траекторий, включая траектории с отрицательными наклонами, разрывами непрерывности, гистерезисом, изменяющимся во времени потреблением мощности (включая все формы модуляции), и т.д. Однако все эти возможности могут быть, тем не менее, представлены областью действительных комбинаций тока и напряжения, ограниченной набором максимальных токов по диапазону напряжений.

Явно выраженные нелинейные или изменяющиеся вольтамперные характеристики, изображенные на фиг. 2 и 3, в общем случае не показательны для последовательного взаимного соединения таких нагрузок для потребления мощности, поскольку напряжение, совместно используемое нагрузками с такими нелинейными I-V характеристиками, непредсказуемо. Соответственно, в различных вариантах осуществления данного изобретения, измененные вольтамперные характеристики заставляют нагрузку проявляться как линейный или «резистивный» элемент (например, ведущий себя аналогично резистору), по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне для источника питания, из которого нагрузка потребляет мощность. В частности, нагрузки, включающие в себя источники света на основе СИД и/или осветительные блоки на основе СИД, можно модифицировать для функционирования в качестве, по существу, линейных или резистивных элементов, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда они потребляют мощность из источника питания. В свою очередь, это способствует предназначенному для потребления мощности последовательному соединению модифицированных источников света или осветительных блоков на основе СИД, в котором напряжение на каждом модифицированном источнике света или осветительном блоке на основе СИД оказывается относительно более предсказуемым, т.е. напряжение на зажимах источника питания, из которого последовательное соединение потребляет мощность, совместно используется более предсказуемым (т.е. одинаковым) образом среди модифицированных источников света или осветительных блоков. За счет имитации резистивной нагрузки такие модифицированные нагрузки можно также соединять в параллельной или отличающейся последовательно-параллельной компоновке с достижением предсказуемых результатов по отношению к токам и напряжениям на зажимах.

Для целей, преследуемых данным изобретением, по существу, линейный или «резистивный» элемент - это элемент, вольтамперная характеристика которого, по меньшей мере, в некотором расчетном рабочем диапазоне (т.е. диапазоне прикладываемых напряжений) имеет, по существу, постоянный наклон, иными словами, «действующее сопротивление» R_эфф этого элемента остается постоянным в расчетном рабочем диапазоне, в котором действующее сопротивление задано как величина, обратная наклону графика I-V характеристики в расчетном рабочем диапазоне. «Кажущееся сопротивление» R_каж элемента в пределах расчетного рабочего диапазона задается отношением конкретного напряжения V_З на зажимах, прикладываемого к этому элементу, и соответствующего тока I_З на зажимах, получаемого этим элементом, т.е. R_каж=V_З/I_З. В соответствии с различными вариантами осуществления, дополнительно описываемыми ниже, нагрузки, имеющие нелинейные или изменяющиеся I-V характеристики, можно модифицировать (например, объединять с дополнительными схемами) таким образом, что получаемый аппарат будет иметь действующее сопротивление R_эфф в некоторой номинальной рабочей точке V_З=V_ном (или в некотором рабочем диапазоне) от приблизительно 0,1(R_каж) до 10,0(R_каж). В других воплощениях нагрузки можно модифицировать таким образом, что получаемый аппарат будет иметь действующее сопротивление R_эфф в некоторой номинальной рабочей точке (или в некотором рабочем диапазоне) от приблизительно R_каж до 4R_каж). В некоторых воплощениях желаемая вольтамперная характеристика может быть, по существу, явно выраженной линейной за пределами конкретного рабочего диапазона в окрестности номинальной рабочей точки; вместе с тем, в других воплощениях диапазон напряжения, для которого вольтамперная характеристика является, по существу, линейной в окрестности номинальной рабочей точки, не обязательно должен быть большим.

Чтобы облегчить рассмотрение измененных вольтамперных характеристик, связанных с нагрузками, соответствующими вариантам осуществления данного изобретения, сначала - в связи с фиг. 4 и 5 - приводится конкретный пример нагрузки, содержащей осветительный блок на основе СИД, который можно модифицировать так, как предусматривается изобретением, а также рассматриваются системы или сети таких осветительных блоков. Затем - в связи с последующими чертежами - рассматриваются различные способы и аппараты для изменения вольтамперной характеристики возможного осветительного блока на основе СИД, а также нагрузок других типов.

На фиг. 4 изображен пример осветительного блока 100 на основе СИД. Различные воплощения осветительных блоков на основе СИД, аналогичные описываемым ниже в связи с фиг. 4, можно найти, например, в патентах США № 6016038 и 6211626, причем оба они упоминаются здесь в качестве ссылки.

В различных вариантах осуществления данного изобретения осветительный блок 100, показанный на фиг. 4, можно использовать отдельно или вместе с другими аналогичными осветительными блоками в системе осветительных блоков (например, такой, как описываемая ниже в связи с фиг. 5). Используемый отдельно или в сочетании с другими осветительными блоками, осветительный блок 100 можно применять во множестве приложений, включая - но не в ограничительном смысле - прямое и скрытое освещение и подсветку всего внутреннего или внешнего пространства (например, архитектурных сооружений), прямую и скрытую подсветку объектов или пространств, освещение для создания театральных или других эффектов, основанных на зрелищах, и/или специальных эффектов, декоративное освещение, освещение, ориентированное на цели безопасности, освещение, связанное с демонстрациями и/или товарами или их подсветку (например, для рекламных акций и/или в условиях розничной продажи или потребительской среды), комбинированные системы освещения или подсветки и связи, и т.д., а также преследующие различные указательные, демонстрационные и информационные цели.

Кроме того, один или несколько осветительных блоков, аналогичных тем, которые описаны в связи с фиг. 4, можно воплотить во множестве изделий, включая - но не в ограничительном смысле - различные формы осветительных модулей или электрических ламп, имеющих различные формы и компоновки электрических и/или механических соединений (включая сменные или «настраиваемые» модули или электрические лампы, приспособленные для использования в обычных патронах или осветительных приборах), а также множество потребительских и/или бытовых изделий (например, ночников, игрушек, игр или игровых компонентов, компонентов или систем развлекательных средств, посуды, бытовых электроприборов, кухонной утвари, чистящих изделий, и т.д.) и архитектурных компонентов (например, освещаемых панелей для стен, полов, потолочных перекрытий, освещаемых компонентов, предназначенных для внутренней отделки и ориентации, и т.д.).

Обращаясь к фиг. 4, отмечаем, что осветительный блок 100 включает в себя один или более источников 104А, 104В, 104С и 104D света (вместе обозначенных позицией 104), при этом один или более источников света могут быть источником света на основе СИД, который включает в себя один или более СИД. Любые два или более источников света могут быть выполнены с возможностью излучения света разных цветов (например, красного, зеленого, синего); в этой связи отметим, что, как рассматривалось выше, каждый из источников света разных цветов излучает отличающийся спектр источника, который составляет отличающийся «канал» «многоканального» осветительного блока. Хотя на фиг. 4 показаны четыре источника 104А, 104В, 104С и 104D света, следует понять, что на осветительный блок в этой связи ограничения не накладываются, поскольку в осветительном блоке 100 можно применять разные количества и различные типы источников света на основе СИД (все источники света на основе СИД, источники света на основе СИД и источники света не на основе СИД в сочетании, и т.д.), выполненных с возможностью генерирования излучения множества разных цветов, включая, по существу, белый (дневной) свет, как подробнее рассматривается ниже.

По-прежнему обращаясь к фиг. 4, отмечаем, что осветительный блок 100 также включает в себя контроллер 105, выполненный с возможностью выдачи одного или более управляющих сигналов для возбуждения источников света с целью генерирования света различных интенсивностей из источников света. Например, в одном воплощении контроллер 105 может быть выполнен с возможностью выдачи, по меньшей мере, одного управляющего сигнала для каждого источника света с целью независимого управления интенсивностью света (например, мощностью излучения, выражаемой в люменах), генерируемого каждым источником света; в альтернативном варианте контроллер 105 может быть выполнен с возможностью выдачи одного или более управляющих сигналов для коллективного управления группой из двух или более источников света идентичным образом. Некоторые примеры управляющих сигналов, которые может генерировать контроллер для управления источниками света, включают в себя - но не в ограничительном смысле - импульсно-модулированные сигналы, широтно-импульсно-модулированные сигналы (ШИМ-сигналы), амплитудно-импульсно-модулированные сигналы (АИМ-сигналы), кодово-импульсно-модулированные сигналы (КИМ-сигналы), аналоговые управляющие сигналы (например, управляющие сигналы тока, управляющие сигналы напряжения), комбинации и/или модуляции вышеуказанных сигналов или другие управляющие сигналы. В некоторых воплощениях, в частности, в связи с источниками света на основе СИД, один или более методов модуляции обеспечивают изменяемое управление с использованием фиксированного уровня тока, прикладываемого к одному или более СИД, с целью ослабления нежелательных или непредсказуемых изменений в выходном сигнале СИД, которые могли бы возникнуть, если бы применялся изменяемый ток возбуждения СИД. В других вариантах контроллер 105 может управлять другой специально выделенной схемой (не показанной на фиг. 4), которая, в свою очередь, управляет источниками света с целью изменения их соответствующих интенсивностей.

Вообще говоря, интенсивность (излучаемая выходная мощность) излучения, генерируемого одним или более источниками света, пропорциональна средней мощности, подводимой к источнику (источникам) света в течение заданного периода времени. Соответственно, один метод изменения интенсивности излучения, генерируемого одним или более источниками света, включает в себя модуляцию мощности, подводимой к источнику (источникам) света (например, его (их) рабочей мощности). Для некоторых типов источников света, включая источники на основе СИД, этого можно эффективно достигать с помощью метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

В одном возможном воплощении метода управления посредством ШИМ для каждого канала осветительного блока к заданному источнику света, составляющему канал, периодически прикладывается фиксированное заранее определенное напряжение V_{источника}. Приложение напряжения V_{источника} можно осуществлять через посредство одного или более переключателей, не показанных на фиг. 4 и управляемых контроллером 105. Когда напряжение V_{источника} прикладывается к источнику света, обеспечивается протекание фиксированного заранее определенного тока I_{источника} (например, определяемого регулятором тока, также не показанным на фиг. 4) через источник света. И опять напомним, что источник света на основе СИД может включать в себя один или более СИД, так что напряжение V_{источника} может быть приложено к группе СИД, составляющих этот источник, а ток I_{источника} может потребляться этой группой СИД. Фиксированное напряжение V_{источника} на источнике света, когда тот запитан, и регулируемый ток I_{источника}, потребляемый источником света, когда тот запитан, определяют величину мгновенной рабочей мощности Р_{источника} источника света (Р_{источника}=V_{источника}×I_{источника}). Как упоминалось выше, использование регулируемого тока для источников света на основе СИД ослабляет нежелательные или непредсказуемые изменения в выходном сигнале СИД, которые могли бы возникнуть, если бы применялся изменяемый ток возбуждения СИД.

В соответствии с методом ШИМ путем периодического приложения напряжения V_{источника} к источнику света и изменения момента времени приложения напряжение прикладывается в течение заданного цикла включения-выключения и можно модулировать среднюю мощность, подводимую к источнику света с течением времени (среднюю рабочую мощность). В частности, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую приложение напряжения V_{источника} к заданному источнику света в импульсном режиме (например, путем выдачи управляющего сигнала, который приводит в действие один или более переключателей для приложения напряжения к источнику света), предпочтительно - на частоте, которая больше, чем та, которую способен обнаружить человеческий глаз (например, больше чем приблизительно 100 Гц). Таким образом, наблюдатель света, генерируемого источником света, не воспринимает дискретные циклы включения-выключения (обычно называемые «эффектом мерцания»), а вместо этого интегрирующая функция глаза обеспечивает восприятие, по существу, непрерывного генерирования света. Регулируя длительность импульсов (т.е. время включения или «коэффициент заполнения») циклов включения-выключения управляющего сигнала, контроллер изменяет среднюю величину времени, в течение которого источник света запитывается в любой заданный период времени, и поэтому изменяет среднюю рабочую мощность источника света. Таким образом, можно, в свою очередь, изменять воспринимаемую яркость генерируемого света из каждого канала.

Как подробнее рассматривается ниже, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую управление каждым отличающимся каналом источника света многоканального осветительного блока с определенной средней рабочей мощностью, получая соответствующую выходную мощность излучения для света, генерируемого каждым каналом. В альтернативном варианте контроллер 105 может принимать инструкции (например, «команды освещения») из множества пунктов отправления, таких, как интерфейс 118 пользователя, источник 124 сигналов, либо один или более портов 120 связи, которые задают предписанные рабочие мощности для одного или более каналов, а значит - и соответствующие излучаемые выходные мощности для света, генерируемого соответствующими каналами. За счет изменения предписанных рабочих мощностей для одного или более каналов (например, в соответствии с разными инструкциями или командами освещения) осветительный блок может генерировать свет воспринимаемых цветов и уровней яркости.

В одном варианте осуществления осветительного блока 100, как упоминалось выше, один или более источников 104А, 104В, 104С и 104D света, показанных на фиг. 4, могут включать в себя группу из нескольких СИД или источников света других типов (например, различные параллельные и/или последовательные соединения СИД или источников света других типов), которые совместно управляются контроллером 105. Кроме того, следует понять, что один или более источников света могут включать в себя один или более СИД, которые выполнены с возможностью генерирования излучения, имеющего любой из множества спектров (т.е. длин волн или полос длин волн), включая - но не в ограничительном смысле - различные видимые цвета (включая, по существу, белый свет), различные цветовые температуры белого, ультрафиолетового или инфракрасного света. В различных воплощениях осветительного блока 100 можно применять СИД, имеющие множество ширин полос спектров (например, узкую полосу, более широкую полосу).

Осветительный блок 100 может быть выполнен и скомпонован с возможностью получения широкого диапазона цветоизменяемого излучения. Например, в некоторых вариантах осуществления осветительный блок 100 может быть выполнен, в частности, таким образом, что свет, имеющий управляемую изменяемую интенсивность (т.е. изменяемую мощность излучения), генерируемый двумя или более источниками света, объединяется с получением света смешанных цветов (включая, по существу, белый свет, имеющий множество цветовых температур). В частности, цвет (или цветовую температуру) света смешанных цветов можно изменять путем изменения одной или более соответствующих интенсивностей (выходную мощность излучения) источников света (например, в ответ на один или более управляющих сигналов из контроллера 105). Кроме того, контроллер 105 может, в частности, иметь конфигурацию, обеспечивающую управляющие сигналы для одного или более источников света с тем, чтобы генерировать множество статических или изменяющихся во времени (динамических) многоцветных (или с изменяющейся цветовой температурой) осветительных эффектов. С этой целью контроллер может включать в себя процессор 102 (например, микропроцессор), запрограммированный на выдачу таких управляющих сигналов в один или более источников света. Процессор 102 может быть запрограммирован на выдачу таких управляющих сигналов автономно в ответ на команды освещения или в ответ на различные вводы данных пользователя или сигналов.

Таким образом, осветительный блок 100 может включать в себя СИД, обеспечивающие широкое разнообразие цветов, в различных комбинациях, включая два или более СИД красного, зеленого и синего цвета для получения цветовой смеси, а также один или более других СИД для создания изменяющихся цветов и цветовых температур белого света. Например, красный, зеленый и синий цвета могут быть смешаны с янтарно-желтым, белым, ультрафиолетовым, оранжевым или инфракрасным цветами СИД. Кроме того, можно использовать многочисленные СИД белого цвета, имеющие разные цветовые температуры (например, один или более СИД белого цвета, которые генерируют первый спектр, соответствующий первой цветовой температуре, и один или более других СИД, которые генерируют второй спектр, соответствующий второй цветовой температуре, отличающейся от первой цветовой температуры), в осветительном блоке, все СИД которого являются СИД белого цвета или представляют собой комбинацию с СИД других цветов. Такие комбинации СИД разных цветов и/или СИД белого цвета с разными цветовыми температурами в осветительном блоке 100 могут облегчить точное воспроизведение массы желаемых спектров согласно условиям освещения, примеры которых включают в себя - но не в ограничительном смысле - множество эквивалентов внешнего дневного света в разные времена суток, различные условия освещения в помещениях для имитации сложного многоцветного фона и т.п. Другие желаемые условия освещения можно создавать путем удаления конкретных участков спектра, которые могут, в частности, поглощаться, ослабляться или отражаться в некоторых средах. Например, вода склонна поглощать и ослаблять большинство несиних и незеленых цветов света, так что в подводных приложениях можно получить выгоду от условий освещения, которые создаются специально для подчеркивания или ослабления некоторых элементов спектра относительно других.

Как тоже показано на фиг. 4, в различных вариантах осуществления осветительный блок 100 также может включать в себя запоминающее устройство 114 для хранения различных единиц информации. Например, запоминающее устройство 114 может применяться для хранения одной или более команд освещения или программ, исполняемых процессором 102 (например, для генерирования одного или более управляющих сигналов для источников света) в качестве данных (например, калибровочной информации, подробнее рассматриваемой ниже) различных типов, полезных для генерирования излучения изменяемого цвета. Запоминающее устройство 114 также может хранить один или более конкретных идентификаторов (например, порядковый номер, адрес, и т.д.), которые можно использовать либо локально, либо на системном уровне для идентификации осветительного блока 100. Такие идентификаторы могут быть заранее запрограммированы, например, фирмой-изготовителем и могут в дальнейшем изменяться или не изменяться (например, посредством некоторых типов интерфейса пользователя, находящегося на осветительном блоке, посредством одного или более информационных или управляющих сигналов, принимаемых осветительным блоком и т.д.). В альтернативном варианте такие идентификаторы могут быть определяемыми во время первоначального использования осветительного блока в полевых условиях, а после этого - опять изменяемыми или неизменяемыми.

По-прежнему обращаясь к фиг. 4, отмечаем, что осветительный блок 100 также может включать в себя один или более интерфейсов 118 пользователя, которые предусмотрены для отработки любой из некоторого количества выбираемых пользователем уставок или функций (например, в общем случае - управления светоотдачей осветительного блока 100, изменения и/или выбора различных заранее запрограммированных осветительных эффектов, установления конкретных идентификаторов, таких как адреса или порядковые номера для осветительного блока, и т.д.). В различных вариантах осуществления связь между интерфейсом 118 пользователя и осветительным блоком может осуществляться посредством передачи по проводу, кабелю или беспроводной передачи.

В одном воплощении контроллер 105 осветительного блока контролирует интерфейс 118 пользователя и управляет одним или более источниками 104А, 104В, 104С и 104D света на основании, по меньшей мере - частично, работы, выполняемой пользователем интерфейса. Например, контроллер 105 может быть выполнен с возможностью ответа на работу интерфейса пользователя путем выдачи одного или более управляющих сигналов для управления одним или более источниками света. В альтернативном варианте процессор 102 может быть выполнен с возможностью ответа путем выбора одного или нескольких заранее запрограммированных сигналов управления, хранимых в запоминающем устройстве, модификации управляющих сигналов, генерируемых путем исполнения программы освещения, выбора новой программы освещения из запоминающего устройства и ее исполнения, или осуществляемого иным образом воздействия на излучение, генерируемое одним или более источниками света.

В одном конкретном варианте осуществления интерфейс 118 пользователя может включать в себя один или более переключателей (например, стандартных настенных выключателей), которые прерывают подачу питания в контроллер 105. В одном варианте осуществления контроллер 105 выполнен с возможностью контроля мощности под управлением интерфейса пользователя и - в свою очередь - управления одним или более источниками света на основании, по меньшей мере - частично, длительности прерывания подачи питания, обуславливаемой работой интерфейса пользователя. Как говорилось выше, контроллер может, в частности, быть выполнен с возможностью ответа на заранее определенную длительность прерывания подачи питания, например, путем выбора одного или нескольких заранее запрограммированных сигналов управления, хранимых в запоминающем устройстве, модификации управляющих сигналов, генерируемых за счет исполнения программы освещения, выбора новой программы освещения из запоминающего устройства и ее исполнения, или осуществляемого иным образом воздействия на излучение, генерируемое одним или более источниками света.

По-прежнему обращаясь к фиг. 4, отмечаем, что осветительный блок 100 может быть выполнен с возможностью приема одного или более сигналов 122 из одного или более других источников 124 сигналов. Контроллер 105 осветительного блока может использовать сигнал (сигналы) 122 по отдельности или в сочетании с другими управляющими сигналами (например, сигналами, генерируемыми за счет исполнения программы освещения, одним или более выходными сигналами из интерфейса пользователя, и т.д.) с целью управления одним или более источниками 104А, 104В, 104С и 104D света тем образом, который рассмотрен выше в связи с интерфейсом пользователя.

Примеры сигнала (сигналов) 122, которые могут быть приняты и обработаны контроллером 105, включают в себя - но не в ограничительном смысле - один или более из аудиосигналов, видеосигналов, сигналов мощности, информационных сигналов различных типов, сигналов, отображающих информацию, получаемую из сети (например, Internet), сигналов, отображающих одно или более обнаруживаемых или воспринимаемых условий, сигналов из осветительных устройств, сигналов, соответствующих модулированному свету и т.д. В различных воплощениях источник (источники) 124 сигналов могут находиться на расстоянии от осветительного блока 100 или могут быть включены в это осветительный блок в качестве его компонента. В одном варианте осуществления сигнал из осветительного блока 100 можно было бы посылать через сеть в другой осветительный блок 100.

Некоторые примеры источника 124 сигналов, который можно применять в осветительном блоке 100 согласно фиг. 4 или использовать вместе с ним, включают в себя любой из множества датчиков или измерительных преобразователей, которые генерируют один или более сигналов 122 в ответ на некоторое возмущающее воздействие. Примеры таких датчиков включают в себя - но не в ограничительном смысле -датчики различных типов состояния окружающей среды, датчики движения, фотодатчики или светочувствительные датчики (например, фотодиоды, датчики, которые чувствительны к одному или более конкретному спектру электромагнитного излучения, такие как спектрорадиометры или спектрофотометры, и т.д.), съемочные камеры различных типов или датчики вибраций, либо другие измерительные преобразователи давления или силы (например, микрофоны, пьезоэлектрические устройства), и т.п.

Дополнительные примеры источника 124 сигналов включают в себя различные измерительные и/или обнаруживающие устройства, которые контролируют электрические сигналы или характеристики (например, напряжение, ток, мощность, сопротивление, емкость, индуктивность, и т.д.) либо химические или биологические характеристики (например, кислотность, присутствие одного или более конкретных химических или биологических веществ, бактерий, и т.д.) и выдают один или более сигналов 122 на основании измеренных значений сигналов или характеристик. Еще одни примеры источника 124 сигналов включают в себя сканеры различных типов, системы распознавания образов, системы распознавания речи и других звуков, системы искусственного интеллекта и робототехнические системы, и т.п. Источник 124 сигнала также может быть осветительным блоком 100, другим контроллером или процессором или любым из многих имеющихся в наличии устройств генерирования сигналов, таких, как устройства воспроизведения аудиовизуальной информации (медиаплееры), устройства воспроизведения в формате МР3 (МР3-плееры), компьютеры, устройства воспроизведения компакт-дисков (CD-плееры), устройства воспроизведения универсальных цифровых дисков (DVD-плееры), источники телевизионных сигналов, источники сигналов съемочных камер, микрофоны, динамики, телефоны, сотовые телефоны, устройства мгновенной пересылки сообщений, устройства службы передачи коротких сообщений (SMS-устройства), радиоустройства, устройства типа электронных секретарей и многие другие.

Осветительный блок 100, показанный на фиг. 4, также может включать в себя один (одно) или более оптических элементов или средств 130 для оптической обработки излучения, генерируемого источниками 104А, 104В, 104С и 104D света. Например, один или более оптических элементов могут иметь конфигурацию, обеспечивающую изменение одного из пространственного распределения и направления распределения генерируемого излучения либо их обоих. В частности, один или более оптических элементов могут иметь конфигурацию, обеспечивающую изменение угла диффузии генерируемого излучения. Один или более оптических элементов 130, в частности, могут быть выполнены с возможностью изменения одного из пространственного распределения и направления распределения генерируемого излучения либо их обоих (например, в ответ на некоторое оптическое и/или механическое возмущающее воздействие). Примеры оптических элементов, которые могут входить в состав осветительного блока 100, включают в себя - но не в ограничительном смысле - отражающие материалы, преломляющие материалы, полупрозрачные материалы, фильтры, линзы, зеркала и волоконно-оптические средства. Оптический элемент 130 также может включать в себя фотофосфоресцирующий материал, полупрозрачный материал или другой материал, способный реагировать на генерируемое излучение или взаимодействовать с ним.

Как показано на фиг. 4, осветительный блок 100 может включать в себя один или более портов 120 связи для осуществления связи осветительного блока 100 с любым из множества других устройств, включая один или более других осветительных блоков. Например, один или более портов 120 связи могут способствовать связи многочисленных осветительных блоков друг с другом в виде осветительной системы сетевой структуры, в которой, по меньшей мере, некоторые из осветительных блоков или все они являются адресуемыми (например, имеют конкретные идентификаторы или адреса) и/или реагирующими на конкретные данные, передаваемые через сеть. В другом аспекте один или более портов 120 связи могут быть выполнены с возможностью приема и/или передачи данных посредством проводной или беспроводной передачи. В одном варианте осуществления информация, принимаемая через порт связи, может быть, по меньшей мере, частично связана с информацией об адресах, впоследствии используемой осветительным блоком, а осветительный блок может быть выполнен с возможностью приема и последующего хранения информации об адресах в запоминающем устройстве 114 (например, осветительный блок может быть выполнен с возможностью использования хранимого адреса в качестве своего адреса, предназначенного для использования при приеме последующих данных через один или более портов связи).

В частности, поскольку в среде осветительной системы сетевой структуры, рассматриваемой ниже (например в связи с фиг. 2), данные передаются через сеть, контроллер 105 каждого осветительного блока подключенного к сети, может быть выполнен с возможностью реакции на конкретные данные (например, команды управления освещением), которые к нему относятся (например, в некоторых случаях, как диктуется соответствующими идентификаторами осветительных блоков сетевой структуры). Как только заданный контроллер идентифицирует конкретные данные, предназначенные для него, он может считывать эти данные и, например, изменять условия освещения, создаваемые его источниками света, в соответствии с принятыми данными (например, путем генерирования подходящих управляющих сигналов для источников света). Например, в запоминающее устройство 114 каждого осветительного блока, подключенного к сети, может быть загружена таблица сигналов управления освещением, которые соответствуют данным, принимаемым процессором 102 контроллера. В этих воплощениях как только процессор 102 принимает данные из сети, процессор может обратиться к таблице, чтобы выбрать управляющие сигналы, которые соответствуют принятым данным, и соответственно управлять источниками света осветительного блока (например, с помощью одного или более из множества методов управления аналоговыми или цифровыми сигналами, включая различные методы импульсной модуляции, о которых шла речь выше).

Во многих вариантах осуществления процессор 102 данного осветительного блока, подключенного или не подключенного к сети, может иметь конфигурацию, обеспечивающую интерпретацию команд или данных освещения, которые принимаются в протоколе цифрового матричного коммутатора (DMX) (рассматриваемого, например, в патентах США №№ 6016038 и 6211626), который является протоколом команд освещения, обычно применяемым в осветительной промышленности для некоторых приложений программируемого освещения. В протоколе DMX команды освещения передаются в осветительный блок в качестве управляющих данных, которые отформатированы в пакеты, включающие в себя 512 байт данных, при этом каждый байт данных образован 8-ю битами, отображающими цифровое значение между нулем и 255. Этим 512 байтам данных предшествует байт «кода начала». Весь «пакет», включающий в себя 513 байт (код начала плюс данные), передается последовательно со скоростью 250 кбит/с в соответствии с уровнями напряжения стандартного интерфейса RS-485 передачи данных и методиками кабельной связи, при этом начало пакета обозначается прерыванием, по меньшей мере, на 88 микросекунд.

В протоколе DMX каждый байт данных из 512 байт в заданном пакете предназначен для использования в качестве команды для конкретного «канала» многоканального осветительного блока, причем цифровое значение «нуль» обозначает отсутствие выходной мощности излучения для заданного канала осветительного блока (т.е. выключение канала), а цифровое значение 255 обозначает полную выходную мощность излучения (100%-ную доступную мощность) для заданного канала осветительного блока (т.е. полное включение канала). Например, в одном аспекте, рассматривая в данный момент трехканальный осветительный блок на основе СИД красного, зеленого и синего цвета (т.е. осветительный блок цветовой системы R-G-B), получаем, что команда освещения в протоколе DMX может задавать каждую из команды канала красного цвета, команды канала зеленого цвета и команды канала синего цвета как 8-битные данные (т.е. байт данных), отображающие значение от 0 до 255. Максимальное значение 255 для любого из каналов цвета предписывает процессору 102 управление соответствующим источником (соответствующими источниками) света для работы с максимальной доступной мощностью для этого цвета (такую структуру команды для осветительного блока цветовой системы R-G-B обычно называют 24-битным управлением цветами). Следовательно, команда формата [R, G, B]=[255, 255, 255] должна заставлять осветительный блок генерировать максимальную мощность излучения для каждого из красного, зеленого и синего цветов (тем самым, образуя белый свет).

Таким образом, заданная линия связи, на которой применяется протокол DMX, обычно может поддерживать 512 различных каналов осветительного блока. Данный осветительный блок, предназначенный для приема сообщений, отформатированных в протоколе DMX, в общем случае выполнен с возможностью ответа только на один или более конкретных байтов данных из 512 байт в пакете, соответствующих количеству каналов осветительного блока (например, в рассмотренном примере трехканального осветительного блока этот осветительный блок использует три байта), и игнорирование остальных байтов на основании конкретного положения желаемого байта (желаемых байтов) данных в общей последовательности 512 байт данных в пакете. С этой целью осветительные блоки, использующие протокол DMX, могут быть оснащены механизмом выбора адресов, настройку которого пользователь может осуществлять вручную, определяя конкретное положение байта (байтов) данных, на которые реагирует осветительный блок, в заданном пакете, использующем протокол DMX.

Однако следует понять, что осветительные блоки, пригодные для целей данного изобретения, не ограничиваются форматом команд протокола DMX, поскольку осветительные блоки, соответствующие различным вариантам осуществления, могут быть выполнены с возможностью реакции на протоколы связи или форматы команд освещения других типов с целью управления соответствующими им источниками света. Вообще говоря, процессор 102 может быть выполнен с возможностью ответа на команды освещения во множестве форматов, выражающие предписываемые рабочие мощности для каждого отличающегося канала многоканального осветительного блока с соответствии с некоторым масштабом, отображающим доступную рабочую мощность от нуля до максимума для каждого канала.

Например, в других вариантах осуществления процессор 102 данного осветительного блока может быть выполнен с возможностью интерпретации команд или данных освещения, которые принимаются в обычном протоколе Ethernet (или аналогичном протоколе, основанном на понятиях Ethernet). Ethernet - хорошо известная технология организации компьютерных сетей, часто применяемая для локальных сетей (LAN), которая определяет требования к проводам и передаче сигналов для взаимосвязанных устройств, образующих сеть, а также к форматам кадров и протоколам для данных, передаваемых через сеть. Устройства, подключенные к сети, имеют соответствующие особые адреса, а данные для одного или более адресуемых устройств в сети организованы в форме пакетов. Каждый Ethernet-пакет включает в себя «заголовок», который задает адрес получателя (по которому следует пакет) и адрес отправителя (откуда пришел пакет), после чего следует «полезная нагрузка», включающая в себя несколько байтов данных (например, в протоколе Ethernet-кадров II типа полезная нагрузка может занимать от 46 байт данных до 1500 байт данных). Пакет заканчивается кодом исправления ошибок или «контрольной суммой». Как и в случае рассмотренного выше протокола DMX, полезная нагрузка последовательных Ethernet-пакетов, направленных в данный осветительный блок, имеющий конфигурацию, обеспечивающую прием сообщений в протоколе Ethernet, может включать в себя информацию, которая отображает соответствующие предписанные мощности излучения для разных доступных спектров света (например, разных каналов цвета), которые способен генерировать осветительный блок.

В еще одном варианте осуществления процессор 102 данного осветительного блока может быть выполнен с возможностью интерпретации команд или данных освещения, которые принимаются в соответствии с протоколом связи на основе последовательной передачи, как описано, например, в патенте США № 6777891. В частности, в соответствии с одним вариантом осуществления, основанным на протоколе связи на основе последовательной передачи, многочисленные осветительные блоки 100 соединены друг с другом посредством портов 120 связи, образуя последовательное соединение (например, топологию с последовательным подключением или кольцевую топологию), при этом каждый осветительный блок имеет входной порт связи и выходной порт связи. Команды или данные освещения, передаваемые в осветительный блок, скомпонованы последовательно на основании относительного положения каждого осветительного блока в последовательном соединении. Следует понять, что хотя осветительная сеть, основанная на последовательном соединении осветительных блоков, рассматривается конкретно в связи с вариантом осуществления, воплощающим протокол связи на основе последовательной передачи, изобретение в этом аспекте ограничений не имеет, а другие примеры топологий осветительных сетей, предусматриваемые данным изобретением, подробно рассматриваются ниже в связи с фиг. 5.

В некоторых возможных воплощениях варианта осуществления, в котором применяется протокол связи на основе последовательной передачи, когда процессор 102 каждого осветительного блока принимает данные, он «стирает» или извлекает одну или более начальных частей последовательности данных, предназначенной для него, и передает остаток последовательности данных в следующий осветительный блок в последовательном соединении. Например, рассматривая опять последовательную взаимосвязь трехканальных осветительных блоков (например, цветовой системы “R-G-B”), отмечаем, что три многобитовых значения (по одному многобитовому значению на канал) извлекаются каждым трехканальным осветительным блоком из последовательности принимаемых данных. Каждый осветительный блок в последовательном соединении, в свою очередь, повторяет эту процедуру, а именно стирание или извлечение одного или более начальных частей (многобитовых значений) последовательности принимаемых данных и передачу остатка последовательности. Начальная часть последовательности данных, стираемая, в свою очередь, каждым осветительным блоком, может включать в себя соответствующие предписываемые мощности излучения для разных доступных спектров света (например, каналов разных цветов), которые способен генерировать осветительный блок. Как сказано выше в связи с протоколом DMX, в различных воплощениях каждое многобитовое значение, приходящееся на канал, может быть 8-битовым значением или содержать другое количество битов (например. 12, 16, 24, и т.д.) на канал, зависящее, в частности, от желаемой разрешающей способности управления для каждого канала.

В еще одном возможном воплощении протокола связи на основе последовательной передачи вместо стирания начальной части последовательности принимаемых данных с каждой частью последовательности данных, отображающей данные для многочисленных каналов данного осветительного блока, связывают флаг, а всю последовательность данных передают полностью от осветительного блока к осветительному блоку в последовательном соединении. Когда осветительный блок в последовательном соединении принимает последовательность данных, он ищет первую часть последовательности данных, в которой флаг указывает, что заданная часть (отображающая один или более каналов) еще не считана никаким осветительным блоком. Обнаружив такую часть, осветительный блок считывает и обрабатывает эту часть, выдавая соответствующий выходной световой сигнал, и устанавливает соответствующий флаг, указывая, что эта часть считана. И опять, вся последовательность данных передается полностью от осветительного блока к осветительному блоку, при этом состояние флагов указывает следующую часть последовательности данных, доступную для считывания и обработки.

В одном конкретном варианте осуществления, связанном с протоколом связи на основе последовательной передачи, контроллер 105 данного осветительного блока, конфигурация которого обеспечивает протокол связи на основе последовательной передачи, может быть воплощен в форме специализированной интегральной схемы (СИС), предназначенной, в частности, для обработки принимаемого потока команд или данных освещения в соответствии с процессом «стирания или извлечения данных» или процессом «модификации флагами», описанными выше. Более конкретно, в одном возможном варианте осуществления многочисленных осветительных блоков, соединенных друг с другом в последовательной взаимосвязи для образования сети, каждый осветительный блок включает в себя контроллер 105, воплощенный в форме СИС и обладающий функциональными возможностями процессора 102, запоминающего устройства 114 и порта (портов) 120 связи, показанных на фиг. 4 (устанавливаемые по выбору интерфейс 118 пользователя и источник 124 сигналов, конечно же, не обязательно должны присутствовать в некоторых воплощениях). Такое воплощение подробно рассмотрено в патенте США № 6777891.

В одном варианте осуществления осветительный блок 100 согласно фиг. 4 может включать в себя один или более источников 108 питания либо может быть подключен к нему или ним. В различных вариантах осуществления примеры источника (источников) 118 питания включают в себя - но не в ограничительном смысле - источники питания переменного тока, источники питания постоянного тока, аккумуляторные батареи, источники питания на основе солнечных батарей, и т.п. Кроме того, в одном аспекте источник (источники) 118 питания могут включать в себя один (одну) или более устройств преобразования мощности либо схем преобразования мощности (например, в некоторых случаях являющихся внутренними по отношению к осветительному блоку 100) или может быть связан с такими устройствами или схемами, которые преобразуют мощность, получаемую с помощью внешнего источника питания, в некоторую форму, пригодную для работы различных внутренних схемных компонентов источников света осветительного блока 100.

Контроллер 105 осветительного блока 100 может иметь конфигурацию, обеспечивающую получение стандартного линейного напряжения переменного тока из источника 108 питания и выдачу соответствующей рабочей мощности постоянного тока для источников света и других схем осветительного блока на основе концепций, связанных с преобразованием постоянного тока в постоянный, или концепций «коммутируемого» источника питания, рассмотренных в патенте США № 7233115 и одновременно рассматриваемой заявке № 11/429715 на патент США. В некоторых вариантах таких воплощений контроллер 105 осветительного блока 100 может включать в себя схемы, не только предназначенные для получения стандартного линейного напряжения переменного тока, но и гарантирующие, что мощность этого линейного напряжения отбирается со значимо высоким коэффициентом мощности.

Хотя это и не показано явно на фиг. 4, осветительный блок 100 может быть воплощен в любой из нескольких разных конструктивных конфигураций, соответствующих различным вариантам осуществления данного изобретения. Примеры таких конфигураций включают в себя - но не в ограничительном смысле - по существу, прямолинейную или криволинейную конфигурацию, круговую конфигурацию, овальную конфигурацию, прямоугольную конфигурацию, комбинации вышеуказанных конфигураций, конфигурации различных других геометрических форм, различные двух- или трехмерные конфигурации, и т.п.

Данный осветительный блок также может иметь одну из множества установочных компоновок источника (источников) света, расположений и форм оболочек или корпусов, предназначенных, в частности, для частичного или полного заключения в них источников света, и/или конфигураций электрических и механических соединений. В частности, в некоторых воплощениях осветительный блок может иметь конфигурацию заменяющего или «настраиваемого» средства, вводимого в электрический и механический контакт обычным гнездом или компоновкой прибора (например, резьбовым гнездом Эдисона, компоновкой галогенового осветительного прибора, компоновкой флуоресцентного осветительного прибора, и т.д.).

Кроме того, один или более оптических элементов, о которых говорилось выше, могут быть частично или полностью встроены в компоновку кожухов или корпусов для осветительного блока. Помимо этого, различные компоненты осветительного блока, о которых говорилось выше (например, процессор, запоминающее устройство, источник питания, интерфейс пользователя, и т.д.), а также другие компоненты, которые могут быть связаны с осветительным блоком в различных воплощениях (например, датчики или измерительные преобразователи, другие компоненты для передачи информации в осветительный блок или из него) могут быть заключены в корпуса разными путями; например, любое подмножество различных компонентов или все компоненты осветительного блока, а также другие компоненты, которые могут быть связаны с осветительным блоком, могут быть заключены в корпус вместе. Подмножества компонентов, заключенные в корпуса, могут быть подключены друг к другу электрически и/или механически множеством способов.

Фиг. 5 иллюстрирует пример осветительной системы 200 сетевой структуры в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, в котором некоторое количество осветительных блоков 100, аналогичных тем, о которых шла речь в связи с фиг. 4, подключены друг к другу, образуя осветительную систему сетевой структуры. Вместе с тем, следует понять, что конкретная конфигурация и компоновка осветительных блоков, показанных на фиг. 5, приведены лишь в целях иллюстрации и что изобретение не ограничивается конкретной топологией системы, показанной на фиг. 5.

Кроме того, хотя это и не показано явно на фиг. 5, следует понять, что осветительная система 200 сетевой структуры может иметь гибкую конфигурацию и включать в себя один или более интерфейсов пользователя, а также один или более источников сигналов, в частности, датчиков или измерительных преобразователей. Например, один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов, в частности, датчиков или измерительных преобразователей (как говорилось выше в связи с фиг. 4) могут быть связаны с любым или любыми из осветительных блоков осветительной системы 200 сетевой структуры. В качестве альтернативы (или дополнения к вышеизложенному) отметим, что один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов могут быть воплощены как «автономные» компоненты в осветительной системе 200 сетевой структуры. Независимо от того, являются ли компоненты автономными или конкретным образом связанными с одним или более осветительными блоками 100, осветительные блоки осветительной системы сетевой структуры могут использовать эти компоненты «совместно». Несмотря на то что они разные, один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов, в частности, датчиков или измерительных преобразователей, могут представлять собой «совместно используемые ресурсы» в осветительной системе сетевой структуры, которые можно использовать в связи с управлением любым или любыми из осветительных блоков этой системы.

Обращаясь к фиг. 5, отмечаем, что в некоторых вариантах осуществления осветительная система 200 включает в себя один или более контроллеров 208А, 208В, 208С и 208D осветительных блоков (именуемых далее «КОБ»), причем каждый КОБ отвечает за связь с одним или более осветительными блоками 100, соединенными с ним, а в общем случае - и за управление ими. Хотя на фиг. 5 изображены два осветительных блока 100, подключенных к КОБ 208А, и один осветительный блок 100, подключенный к каждому КОБ 208В, 208С и 208D, следует понять, что изобретение в этом отношении не ограничено, поскольку разные количества осветительных блоков 100 могут быть подключены к заданному КОБ во множестве разных конфигураций (посредством последовательных соединений, параллельных соединений, комбинаций последовательных и параллельных соединений, и т.д.) с помощью множества разных сред и протоколов связи.

В системе согласно фиг. 5 каждый КОБ может быть подключен к центральному контроллеру 202, который выполнен с возможностью связи с одним или более КОБ. Хотя на фиг. 5 показаны четыре КОБ, подключенные к контроллеру 202 через посредство группового соединения 204 (которое может включать в себя любое количество из множества обычных подключающих, коммутирующих и/или образующих сеть устройств), следует понять, что в соответствии с различными вариантами осуществления к центральному контроллеру 202 могут быть подключены разные количества КОБ. Кроме того, в соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения КОБ и центральный контроллер 202 могут быть подключены друг к другу во множестве конфигураций с использованием множества разных сред и протоколов связи для образования осветительной системы 200 сетевой структуры. Более того, следует понять, что взаимосвязь КОБ и центрального контроллера и взаимосвязь осветительных блоков с соответствующими КОБ может быть достигнута разными путями (например, с использованием разных конфигураций, сред и протоколов связи).

Например, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения центральный контроллер 202, показанный на фиг. 5, может быть выполнен с возможностью воплощения связи на основе Ethernet с КОБ, а КОБ в свою очередь могут быть выполнены с возможностью воплощения одного из таких вариантов связи, как на основе протоколов Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи, с осветительными блоками 100 (как говорилось выше, возможные протоколы на основе последовательной передачи, пригодные для различных сетевых воплощений, подробно рассмотрены в патенте США № 6777891). В частности, в одной версии этого варианта осуществления каждый КОБ может иметь конфигурацию адресуемого контроллера на основе Ethernet и соответственно может быть идентифицируемым для центрального контроллера 202 через посредство особого адреса (или особой группы адресов и/или других идентификаторов) с использованием протокола на основе Ethernet. Таким образом, центральный контроллер 202 может иметь конфигурацию, обеспечивающую поддержку обмена сообщениями по протоколу Ethernet через сеть связанных КОБ, а каждый КОБ может отвечать на предназначенные для него сообщения связи. В свою очередь, каждый КОБ может передавать информацию об управлении освещением в один или более осветительных блоков, подключенных к ней, например, через посредство протокола Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи в ответ на обмен сообщениями связи по протоколу Ethernet с центральным контроллером 202 (при этом осветительные блоки соответственно выполнены с возможностью интерпретации информации, получаемой от КОБ в соответствии с протоколами Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи).

КОБ 208А, 208В и 208С, показанные на фиг. 5, могут быть выполнены с возможностью «интеллектуальности» в том смысле, что центральный контроллер 202 может быть выполнен с возможностью передачи в КОБ команд более высокого уровня, которые должны быть интерпретированы КОБ перед тем, как можно будет переслать информацию об управлении освещением в осветительные блоки 100. Например, оператор осветительной системы может захотеть генерировать цветоизменяющий эффект, который изменяет цвета от осветительного блока к осветительному блоку с тем, чтобы генерировать внешний вид распространяющейся радуги цветов («радужную рамку») при заданном расположении осветительных блоков друг относительно друга. В этом примере оператор может выдать простую команду в центральный контроллер 202 для осуществления этого, а центральный контроллер, в свою очередь, может передать в один или более КОБ с помощью протокола Ethernet команду высокого уровня для генерирования «радужной рамки». Эта команда может содержать, например, информацию о синхронизации, целостности, оттенках, насыщенности или другую релевантную информацию. Когда данный КОБ получает такую команду, он может интерпретировать ее и передавать другие команды в один или более осветительных блоков с помощью любого из множества протоколов (например, Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи), в ответ на что происходит управление соответствующими источниками осветительных блоков посредством любого из множества методов передачи сигналов (например, ШИМ).

Кроме того, один или более КОБ осветительной сети могут быть подключены к последовательному соединению многочисленных осветительных блоков 100 (см., например, КОБ 208А согласно фиг. 5, который подключен к двум последовательно соединенным осветительным блокам 100). Например, каждый КОБ, подключенный таким образом, может быть выполнен с возможностью связи с многочисленными осветительными блоками с использованием протокола связи на основе последовательной передачи, примеры которого рассмотрены выше. Более конкретно, в одном возможном воплощении заданный КОБ может быть выполнен с возможностью связи с центральным контроллером 202 и/или одним или более другими КОБ с использованием протокола на основе Ethernet и - в свою очередь - осуществления связи с многочисленными осветительными блоками с использованием протокола связи на основе последовательной передачи. Таким образом, КОБ можно рассматривать в одном смысле как преобразователь протокола, принимающий команды или данные освещения в протоколе на основе Ethernet и пропускающий эти команды в многочисленные последовательно соединенные осветительные блоки с использованием протокола на основе последовательной передачи. Конечно, следует понять, что в других сетевых воплощениях, предусматривающих наличие осветительных блоков на основе DMX, скомпонованных во множестве возможных топологий, данный КОБ можно аналогичным образом рассматривать как преобразователь протокола, который принимает команды или данные освещения в протоколе Ethernet, а пропускает команды, отформатированные в протоколе DMX.

Следует также понять, что предыдущий пример использования различных воплощений связи (например, Ethernet/DMX) в осветительной системе, соответствующей одному варианту осуществления предлагаемой технологии, приведен лишь в иллюстративных целях и что технология не ограничивается этим конкретным примером.

Из вышеизложенного можно понять, что один или более таких осветительных блоков, как рассмотренные выше, способны генерировать хорошо управляемый свет изменяемых цветов в широком диапазоне цветов, а также белый свет изменяемой цветовой температуры в широком диапазоне цветовых температур.

В соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения вольтамперная (I-V) характеристика, связанная с возможным осветительным блоком 100, рассмотренным выше в связи с фиг. 4 и 5, может изменяться, напоминая резистивную нагрузку, и тем самым способствовать осуществлению, в частности, последовательного соединения таких осветительных блоков для потребления мощности из источника питания. Как описано выше, на фиг. 3 изображена типичная вольтамперная характеристика для осветительного блока 100, и на этом графике можно наблюдать, что при любом заданном рабочем напряжении возможны многочисленные токи (т.е. вольтамперная характеристика является изменяющейся). Заметно изменяющаяся вольтамперная характеристика, изображенная на фиг. 3, а также нелинейная I-V характеристика, показанная на фиг. 2 для обычного СИД, в общем случае не показательны для последовательного взаимного соединения таких нагрузок для потребления мощности, поскольку напряжение, совместно используемое нагрузками с такими нелинейными I-V характеристиками, непредсказуемо.

Таким образом, в соответствии с предлагаемыми способами и аппаратами, соответствующими некоторым вариантам осуществления, дополнительно рассматриваемым ниже, вольтамперные характеристики нагрузок можно изменять предсказуемым образом, чтобы способствовать проявлению предсказуемого и/или желаемого поведения нагрузок, когда они соединены в последовательных, параллельных или параллельно-последовательных компоновках для потребления мощности из источника питания. Например, измененные вольтамперные характеристики могут заставить нагрузку с нелинейной или изменяющейся I-V характеристикой вести себя, по существу, как линейный или резистивный элемент (т.е. вести себя аналогично резистору), по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, для источника питания, из которого нагрузка потребляет мощность. В некоторых вариантах осуществления изобретения, рассматриваемых здесь, нелинейные нагрузки, такие как источники света на основе СИД (например, СИД 104), или изменяющиеся нагрузки, такие как осветительные блоки на основе СИД (например, осветительный блок 100), модифицированы для функционирования в качестве, по существу, линейных или резистивных элементов, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда они потребляют мощность из источника питания.

По существу, линейная I-V характеристика облегчает последовательное соединение для потребления мощности модифицированных нагрузок, в которых напряжение на зажимах каждой модифицированной нагрузки является относительно более предсказуемым; иными словами, общее напряжение на зажимах источника питания, из которого последовательное соединение потребляет мощность, предсказуемо делится между отдельными напряжениями на зажимах соответствующих нагрузок (общее напряжение на зажимах источника питания может совместно использоваться, распределяясь, по существу, одинаково среди модифицированных нагрузок). Последовательное соединение нагрузок также может позволить использование повышенных напряжений для выдачи рабочей мощности на нагрузки, а также может обеспечить работу групп нагрузок, не требующую трансформатора между источником питания (например, настенной розеткой или напряжением линии, имеющим номинал 120 В переменного тока или 240 В переменного тока) и нагрузкой. В различных примерах, дополнительно рассматриваемых ниже, последовательные или последовательно-параллельные взаимные соединения многочисленных модифицированных нагрузок (например, источников света на основе СИД или осветительных блоков не на основе СИД), имеющих конфигурации, соответствующие концепциям, рассматриваемым здесь, могут работать непосредственно от напряжения линии переменного тока или от сети без какого бы то ни было снижения или другого преобразования уровней напряжения (т.е. предусматривается встраивание только выпрямителя и фильтрующего конденсатора).

Как рассмотрено выше в связи с фиг. 5 (см. осветительные блоки 100, подключенные к КОБ 208А), осветительный блок на основе СИД может быть выполнен с возможностью приема рабочей мощности от источника (например, напряжения постоянного тока) параллельно с другими осветительными блоками, и одновременно быть выполненным с возможностью приема данных на основании последовательного обмена данными и протокола последовательной передачи (как описано, например, в патенте США № 6777891). В соответствии с различными концепциями, дополнительное рассмотрение которых подробно проводится ниже, такие осветительные блоки можно модифицировать таким образом, что их также можно будет взаимно соединять последовательно для потребления рабочей мощности. Вместе с тем, следует понять, что описываемые при нижеследующем рассмотрении концепции изобретения, вообще говоря, применимы и к осветительным блокам других типов (и к связанным с ними нагрузкам других типов, не связанным с освещением), находящимся вне рамок конкретных примеров осветительных блоков на основе СИД, описанных здесь, и в различных патентах и заявках на патенты, упоминаемых здесь в качестве ссылок.

На фиг. 6 представлена обобщенная блок-схема аппарата 500 для изменения вольтамперной характеристики нагрузки 520 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения. Обращаясь к фиг. 6, отмечаем, что аппарат 500 включает в себя нагрузку 520, имеющую первую вольтамперную характеристику, основанную на токе 536 нагрузки (обозначенном символом I_H на чертежах), который потребляется, когда напряжение 534 нагрузки (обозначенное символом V_H на чертежах) приложено к нагрузке 520. В некоторых версиях этого варианта осуществления первая вольтамперная характеристика, связанная с нагрузкой 520, может быть существенно нелинейной или изменяющейся (например, такой, как рассмотренная выше в связи с фиг. 2 и 3). Нагрузка 520 может включать в себя источник света на основе СИД (например, одного или более СИД 104) или осветительный блок на основе СИД (например, осветительный блок 100, показанный на фиг. 4), или может состоять, по существу, из такого источника света или осветительного блока.

Аппарат 500 согласно фиг. 6 также включает в себя схему 510 преобразователя, соединенную с нагрузкой 520, для обеспечения напряжения V_H нагрузки. Схема 510 преобразователя (а значит - и аппарат 500) потребляет ток 532 на зажимах (I_З) и имеет напряжение 530 на зажимах (V_З), когда аппарат потребляет мощность из источника питания (не показанного на фиг. 6). Ток I_H нагрузки проходит некоторым образом через схему 510 преобразователя, и поэтому нагрузка 520 потребляет мощность из источника питания посредством напряжения V_З на зажимах. В силу наличия схемы 510 преобразователя аппарат 500 имеет вторую вольтамперную характеристику, основанную на токе I_З на зажимах и напряжении V_З на зажимах, причем эта вольтамперная характеристика существенно отличается от первой вольтамперной характеристики, связанной с нагрузкой 520. Во многих воплощениях напряжение V_H нагрузки, вообще говоря, меньше, чем напряжение V_З на зажимах. Кроме того, ток I_З на зажимах может быть независимым от тока I_H нагрузки или напряжения V_H нагрузки. Далее, вторая вольтамперная характеристика, связанная с аппаратом 500, может быть, по существу, линейной, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне в окрестности номинальной рабочей точки (например, некотором диапазоне напряжений V_З на зажимах в окрестности номинального напряжения на зажимах, имеющего величину V_З=V_ном).

На фиг. 7 представлена обобщенная блок-схема системы 1000, включающей в себя множество аппаратов для изменения вольтамперной характеристики нагрузки, аналогичных аппаратам 500, показанных на фиг. 6. Хотя система согласно фиг. 7 изображена включающей в себя три аппарата 500А, 500В и 500С, следует понять, что эта система не ограничена в данном аспекте, поскольку возможно последовательное соединение разных количеств аппаратов для образования системы 1000. Как и на фиг. 6, в различных воплощениях соответствующие нагрузки аппаратов 500А, 500В и 500С, показанных на фиг. 7, представляют собой источники света на основе СИД или осветительные блоки, которые также рассматриваются ниже в связи с фиг. 24, 25 и 26. Каждый аппарат 500А, 500В и 500С составляет «узел» системы 1000, а множество этих узлов соединены последовательно для потребления мощности из источника питания (не показанного на фиг. 6), имеющего напряжение V_З на зажимах источника питания. Отдельные напряжения на зажимах, связанные с соответствующими узлами (или «напряжения узлов»), обозначены на фиг. 6 символами V_З.А, V_З.В, V_З.С, которые при суммировании друг с другом равны напряжению V_ИП на зажимах источника питания. В некоторых вариантах осуществления схема преобразователя каждого узла имеет такую конфигурацию, что соответствующие напряжения узлов множества осветительных узлов, по существу, одинаковы или, по существу, идентичны, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда система подключена к напряжению на зажимах источника питания.

По-прежнему обращаясь к фиг. 6 и 7, отмечаем, что для последовательного соединения аппаратов или узлов ставятся три условия: (i) ток, потребляемый каждым узлом, должен быть независимым от тока, напряжения или рабочего состояния нагрузки; (ii) ток, потребляемый каждым узлом, должен быть до некоторой степени пропорциональным напряжению узла, превышающему некоторое минимальное интересующее напряжение (и в некотором ожидаемом рабочем диапазоне); (iii) вольтамперные характеристики каждого узла или аппарата 500 должны быть, по существу, линейными, вследствие чего этот узел или аппарат выступает в роли резистивного элемента, а вольтамперные характеристики всех узлов должны быть, по существу, одинаковыми.

С учетом вышеизложенного на фиг. 8 изображены графики 310. 312 и 314 возможных вольтамперных характеристик, предусматриваемых для аппаратов 500, показанных на фиг. 6 и 7, в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. На графиках согласно фиг.8 обозначена номинальная рабочая точка 316, в окрестности которой вольтамперные характеристики являются, по существу, линейными (т.е. в окрестности некоторого напряжения на зажимах, величина которого составляет V_З=V_ном, для заданного аппарата 500, этот аппарат ведет себя как, по существу, «резистивный»). Следует понять, что в некоторых воплощениях вольтамперная характеристика, предусматриваемая для аппарата 500, не обязательно должна быть точно линейной, пока она является одинаковой или идентичной для последовательно соединенных аппаратов. Например, хотя графики 312 и 314 на фиг. 8 демонстрируют линейные I-V характеристики в окрестности номинальной рабочей точки, график 310 демонстрирует I-V характеристику, которая имеет некоторую небольшую кривизну; однако в целях, преследуемых данным описанием, график 310 демонстрирует, по существу, I-V характеристику в окрестности номинальной рабочей точки 316, пока некоторая характеристика как таковая совместно используется (например, совместно используется напряжение) идентичным образом несколькими последовательно соединенными аппаратами, гарантируя их предсказуемое поведение.

Обращаясь к графикам, показанным на фиг. 8, отмечаем, что «действующее сопротивление» аппарата, связанное с любым из графиков, задается величиной, обратной наклону графика, в диапазоне напряжений в окрестности номинальной рабочей точки V_З=V_ном для аппарата. Следует понять, что действующее сопротивление аппарата может отличаться от «кажущегося сопротивления» R_каж аппарата в любой заданной точке в диапазоне напряжений, причем кажущееся сопротивление задается отношением напряжения V_З на зажимах, прикладываемого к этому элементу, и соответствующего тока I_З на зажимах, получаемого этим элементом, т.е. R_каж=V_З/I_З. В соответствии с различными воплощениями, дополнительно описываемыми ниже, аппарат 500 может быть выполнен с возможностью того, что действующее сопротивление R_эфф в некоторой номинальной рабочей точке V_З=V_ном (или в некотором рабочем диапазоне) будет составлять от приблизительно 0,1(R_каж) до 10,0(R_каж). В еще одних воплощениях аппарат может быть выполнен с возможностью того, что действующее сопротивление в некоторой номинальной рабочей точке (или в некотором рабочем диапазоне) будет составлять от приблизительно R_каж до 4(R_каж).

На фиг. 9 представлена принципиальная схема схемы 510 преобразователя, подходящей для аппарата 500 согласно фиг. 6, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Обращаясь к фиг. 9, отмечаем, что схема 510 преобразователя воплощена в виде источника изменяемого тока, в котором управление током, текущим через источник тока, основано на управляющем напряжении, которое пропорционально напряжению V_З на зажимах. Более конкретно, резисторы R50 и R51 образуют делитель напряжения для обеспечения управляющего напряжения V_У на основании напряжения V_З на зажимах. Управляющее напряжение V_У прикладывается к неинвертирующему входу операционного усилителя U50, который воспроизводит управляющее напряжение V_У на резисторе R53; следовательно, ток I_ИТ, текущий через источник тока, задается отношением V_У/R53. Через делитель напряжения, образованный резисторами R50 и R51, также протекает ток I_ДН, который складывается с током I_ИТ, что дает ток I_З на зажимах, проводимый аппаратом 500.

Ток I_ИТ выбирается превышающим максимальный ток I_{H МАКС}, который может потребляться нагрузкой 520. Путь тока, образуемый транзистором Q50 и резистором R52, обеспечивает баланс тока (I_Б), прибавляющийся к току I_H нагрузки, что дает ток I_ИТ. Напряжение V_H нагрузки задается напряжением V_З на зажимах за вычетом управляющего напряжения V_У. При изменениях в прикладываемом напряжении V_З на зажимах напряжение V_H нагрузки также изменяется, и поэтому ток I_H нагрузки изменяется на основании вольтамперной характеристики нагрузки. Кроме того, для нагрузок, имеющих изменяющиеся I-V характеристики, ток I_H нагрузки может изменяться при некоторых заданных V_H и V_З. Когда ток I_H нагрузки изменяется, ток, текущий через транзистор Q50 и резистор R52, тоже изменяется, так что суммарный ток I_ИТ, текущий через источник тока, пропорционален V_У (через посредство R53). Таким образом, ток I_З на зажимах, проводимый аппаратом, остается пропорциональным напряжению V_З на зажимах и независимым от тока I_H нагрузки (по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, в котором транзистор Q50 проводит ток). В частности, когда транзистор Q50 находится в проводящем состоянии, ток I_З можно задать следующими уравнениями:

На фиг. 10 изображен график 318 вольтамперной характеристики для аппарата 500, показанного на фиг. 9. Как показано на фиг. 10, выше некоторого порогового напряжения, при котором транзистор Q50 начинает проводить, график является, по существу, линейным. В соответствии с вышеуказанными уравнениями (1), линейный участок графика отсекает нулевой отрезок на вертикальной оси (т.е. I_З=mV_З+b, где b=0) и поэтому идентично имитирует резистивную нагрузку, имеющую I-V характеристику, которая пересекает начало координат. Действующее сопротивление R_эфф аппарата в этой области графика обратно пропорционально наклону и задается следующим уравнением:

Аппарат, изображенный на фиг. 9, может быть выполнен с возможностью работы на основании множества возможных напряжений V_З на зажимах и номинальных напряжений V_H нагрузки. Следует понять, что поскольку продолженный линейный участок I-V характеристики, показанной на фиг. 1, пересекает начало координат (или имеет «нулевой отсекаемый отрезок»), действующее сопротивление аппарата и кажущееся сопротивление на линейном участке идентичны (т.е. R_эфф=R_каж).

Вообще говоря, для практических воплощений конструкции минимальное напряжение на зажимах, большее, чем минимальное напряжение нагрузки, при котором нагрузка способна функционировать должным образом, выбирают как номинальную рабочую точку аппарата (V_З=V_ном≥V_{H МИН}). Тогда кажущееся сопротивление аппарата в этой номинальной рабочей точке диктуется максимальным ожидаемым током на зажимах, соответствующим максимальному току I_{H МАКС} нагрузки, который должен требоваться нагрузке для надлежащей работы в номинальной рабочей точке. Таким образом, в некоторых возможных воплощениях резонная установка для кажущегося сопротивления аппарата в номинальной рабочей точке задается минимальным напряжением нагрузки, деленным на максимальный ток нагрузки. В варианте осуществления согласно фиг. 9 это, в свою очередь, обеспечивает установку для действующего сопротивления R_эфф и тем самым - выбор значений составляющих для различных элементов цепи.

Например, в одном воплощении, основанном на схеме согласно фиг. 9, минимальное напряжение V_H нагрузки принимается составляющим приблизительно 4,5 вольта, а максимальный ток I_H нагрузки принимается составляющим приблизительно 45 миллиампер (если нагрузка представляет собой осветительный блок 100 согласно фиг. 4, максимальный ток нагрузки можно было бы задать с помощью крайнего сверху графика 306 на фиг. 3). Это обеспечивает установку для действующего сопротивления, составляющую приблизительно 100 Ом. На основании этих возможных параметров выбирается номинальное напряжение на зажимах, т.е. V_З=V_ном=5 вольт, а ток I_ИТ, текущий через источник тока, задается составляющим приблизительно 50 миллиампер для гарантии адекватного обеспечения максимального тока нагрузки, когда это потребуется. Ток I_ИТ можно обеспечить, например, задавая управляющее напряжение V_У равным 0,3 вольта и выбирая сопротивление резистора R53 равным 6 Ом. На основании уравнения (2) и заданного действующего сопротивления приблизительно 100 Ом можно - в свою очередь - обеспечить управляющее напряжение V_У=0,3 вольта, выбирая сопротивление резистора R50 равным 4700 Ом, а сопротивление резистора R51 - равным 300 Ом. При этих значениях сопротивлений ток величиной приблизительно 1 миллиампер течет через делитель напряжения, образованный резисторами R50 и R51, и складывается с током I_ИТ=50 миллиампер, что дает ток I_З на зажимах, составляющий приблизительно 51 миллиампер, при напряжении на зажимах, составляющем 5 вольт, в результате чего кажущееся/действующее сопротивление в номинальной рабочей точке получается составляющим 98 Ом (т.е. приблизительно 100 Ом) в линейной области I-V характеристики.

Из фиг. 10, где параметры, конкретные для вышеуказанного примера, используются в целях иллюстрации, можно увидеть, что это практическое воплощение схемы согласно фиг. 9 может работать в диапазоне напряжений на зажимах от приблизительно 2 вольт до приблизительно 20 вольт, обеспечивая, по существу, линейную вольтамперную характеристику (т.е. I-V характеристика может быть линейной в диапазоне напряжения, отношение пределов которого составляет 10:1), а в частности - в диапазоне напряжений на зажимах от приблизительно 4,5 вольт до 9 вольт. В некоторых воплощениях в зависимости от выбора операционного усилителя схема может демонстрировать указанное действующее сопротивление при напряжениях на зажимах в некотором диапазоне от минимального напряжения, необходимого для работы операционного усилителя, до напряжения, ограничиваемого возможностями других устройств схемы и нагрузки, обуславливаемыми рассеянием мощности и напряжением. Однако следует понять, что в некоторых приложениях диапазон напряжений на зажимах, в котором I-V характеристика для аппарата 500 остается, по существу, линейной, не обязательно должен быть большим, поскольку реальное напряжение на зажимах во время работы в заданном воплощении может не претерпевать заметных изменений. В еще одних воплощениях аппарату можно придать такую конфигурацию (например, выбрать значения составляющих), что напряжение на зажимах аппарата не будет существенно больше, чем напряжение нагрузки, вследствие чего аппаратом эффективно достигается баланс линейности (т.е. происходит уменьшение рассеяния мощности посредством преобразующей схемы вне самой нагрузки).

В схеме согласно фиг. 9 резистор R52 может быть установлен по выбору и может быть выбран - при необходимости - с обеспечением гарантии надлежащего напряжения «коллектор-эмиттер» для транзистора Q50; в данном примере при напряжении V_H нагрузки, составляющем 4,5 вольта, резистор R52 можно опустить. Кроме того, следует понять, что хотя транзистор Q50 показан на фиг. 9 в виде биполярного плоскостного транзистора, в альтернативном варианте в схеме согласно фиг. 9 возможно применение полевого транзистора в качестве Q50 для обеспечения воплощения схемы. Кроме того, следует отметить, что схема преобразователя согласно фиг. 9 не включает в себя никаких запасающих энергию компонентов, дополнительно облегчая воплощение в виде интегральной схемы. Обращаясь к фиг. 4, отмечаем, что в одном возможном воплощении, основанном на фиг. 9, нагрузка 520 может содержать осветительный блок на основе СИД, аналогичный осветительному блоку 100, показанному на фиг. 4, при этом осветительный блок на основе СИД содержит один или более СИД 104 и управляющую схему для СИД (СИД) (например, контроллер 102). В некоторых вариантах этого воплощения схему 510 преобразователя и управляющую схему для СИД (СИД) можно воплотить в виде единственной интегральной схемы, к которой подключен СИД (подключены СИД).

На фиг. 11 представлена принципиальная схема, демонстрирующая пример схемы 510 преобразователя аппарата 500 согласно фиг. 6 в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения. На фиг. 11 показано, что в схеме 510 преобразователя применяется токовое зеркало, при этом ток, текущий через токовое зеркало, основан на напряжении V_З на зажимах. Более конкретно, на фиг. 11 показано, что транзисторы Q1 и Q2, а также «программирующий» резистор R1 образуют часть токового зеркала, которая, по существу, вынуждает появление вольтамперной характеристики аппарата, основанной на напряжении V_З на зажимах и токе I_З на зажимах, которая является, по существу, зеркальным отражением вольтамперной характеристики «программирующего» резистора R1 (т.е., по существу, линейной) в некотором рабочем диапазоне. Хотя в токовом зеркале схемы согласно фиг. 11 применяются p-n-p-транзисторы, следует понять, что в других воплощениях в токовом зеркале и схеме, должным образом перекомпонованных для обеспечения таких же функциональных возможностей, как у схемы согласно фиг. 11, можно применять n-p-n-транзисторы или другие полупроводниковые устройства. Схема преобразователя, показанная на фиг. 11, также содержит регулятор напряжения в виде стабилитрона D1 в «нагрузочной ветви» токового зеркала для обеспечения напряжения V_H нагрузки. Аппарат ведет себя, по существу, как резистивный элемент, когда напряжение V_З на зажимах превышает сумму напряжения туннельного пробоя перехода (т.е. напряжения V_H нагрузки) и напряжения отсечки токового зеркала.

Обращаясь к фиг. 11, отмечаем, что токовое зеркало также может - по выбору - включать в себя резисторы R2 и R3. В некоторых воплощениях схемы, показанной на фиг. 11, программирующий ток I_П, определяемый, главным образом, программирующим резистором R1, не обязательно должен быть большим, а устанавливаемые по выбору резисторы R2 и R3 можно применять, чтобы обеспечить коэффициент умножения для тока, доступного нагрузке (и/или можно выбрать размеры транзисторов Q1 и Q2 для обеспечения некоторого коэффициента умножения). Ввиду наличия транзистора Q1 с диодной связью программирующий ток I_П задается величиной (V_З-0,7)(R1+R2) (в предположении, что напряжение V_БЭ перехода «база-эмиттер» для типичного кремниевого биполярного плоскостного транзистора составляет приблизительно 0,7 вольт, а током базы можно пренебречь). Предположим, что транзисторы Q1 и Q2 имеют подходящие размеры, V_БЭ для этих транзисторов одинаковы и при этом напряжения на резисторах R2 и R3 одинаковы. Таким образом, ток через «нагрузочную ветвь» токового зеркала (с которым нагрузка соединена, будучи подключенной параллельно стабилитрону D1) определяется величиной I_П×(R2/R3) и поэтому является коэффициентом умножения, обеспечиваемым резисторами R2 и R3. Ток I_П×(R2/R3) выбирается превышающим максимальный ток I_H, который может потребляться нагрузкой 520, и достаточным для поддержания стабилитрона в проводящем состоянии при максимальном токе нагрузки. Какой бы ток нагрузки ни требовался для нагрузки 520 в любой заданный момент времени, он определяется стабилитроном D1, так что ток I_З на зажимах, идущий через аппарат, не зависит от тока нагрузки и задается выражением I_П×[1+(R2/R3)].

На фиг. 12 изображен график 320 вольтамперной характеристики для аппарата 500, показанного на фиг. 11. Как показано на фиг. 12, выше некоторого порогового напряжения, при котором стабилитрон D1 и токовое зеркало начинают проводить, график является, по существу, линейным. В этой области зависимость между I_З и V_З задается следующими уравнениями:

Отсюда - и в соответствии с выражением I_З=mV_З+b - можно понять, что продолженный линейный участок I-V характеристики имеет ненулевой (отрицательный) отсекаемый отрезок на вертикальной оси (что соответствует положительному отсекаемому отрезку на горизонтальной оси, как можно увидеть на фиг. 12). Действующее сопротивление R_эфф аппарата в этой области графика задается следующим уравнением:

Можно также понять, что из-за ненулевого отсекаемого отрезка кажущееся сопротивление в заданной рабочей точке не равно действующему сопротивлению R_эфф; вернее, действующее сопротивление в общем случае меньше, чем кажущееся сопротивление из-за отрицательного отсекаемого отрезка.

Подобно аппарату согласно фиг. 9 аппарат, изображенный на фиг. 11, может быть выполнен с возможностью работы на основании множества возможных напряжений V_З на зажимах. В одном возможном воплощении номинальное напряжение V_H нагрузки принимают составляющим приблизительно 20 вольт (стабилитрон D1 рассчитан на регулирование при 20 вольтах), а максимальный ток I_H нагрузки принимают составляющим приблизительно 45 миллиампер. Это обеспечивает установку для кажущегося сопротивления, составляющую приблизительно 440 Ом для аппарата в номинальной рабочей точке. На основании этих возможных параметров напряжение V_З на зажимах источника питания принимается составляющим приблизительно 24 вольта, а ток, текущий по «нагрузочной ветви» токового зеркала (в котором нагрузка подсоединена параллельно стабилитрону D1), может быть задан составляющим приблизительно 55 миллиампер, чтобы гарантировать, что стабилитрон остается достаточно смещенным при полном токе нагрузки. Программирующий ток I_П, составляющий приблизительно 1,1 миллиампер, может быть выбран путем выбора R1=21 кОм, R2=1 кОм и R3=20 Ом (для обеспечения коэффициента умножения, составляющего приблизительно 50). В одном возможном воплощении транзистором Q1, соединенным с диодом, может быть 2N3906, а транзистором Q2, который управляет повышенным током в «нагрузочной ветви», может быть FZT790.

На основании вышеуказанных формул для вольтамперной характеристики и действующего сопротивления схемы согласно фиг. 11 этот возможный аппарат имеет действующее сопротивление R_эфф приблизительно 430 Ом в линейной области графика I-V характеристики, которое приблизительно равно величине 0,98(V_З/I_З) при номинальном напряжении 24 вольта на зажимах. Из фиг. 12, где параметры, конкретные для вышеуказанного примера, используются в целях иллюстрации, можно увидеть, что это практическое воплощение схемы согласно фиг. 11 может работать в диапазоне напряжений на зажимах от приблизительно 21 вольт до приблизительно 30 вольт, обеспечивая, по существу, линейную вольтамперную характеристику.

Хотя схема на фиг. 11 иллюстрирует токовое зеркало, в котором в качестве транзисторов Q1 и Q2 применяются биполярные плоскостные транзисторы, следует понять, что в соответствии с другими воплощениями, предусматривающими токовое зеркало, токовые зеркала могут быть воплощены с использованием полевых транзисторов, операционных усилителей, каскодных устройств или других компонентов для достижения повышенной точности, удовлетворения требований меньшего программирующего тока, меньших напряжений выключения и облегчения воплощения в виде интегральной схемы. Зависимость, заданная в вышеуказанных уравнениях (3) и (4), может быть обобщена для отображения множества воплощений преобразующих схем, основанных на токовых зеркалах. Например, обозначая коэффициент умножения для токового зеркала символом g (например, g=R2/R3 в уравнениях (3) и (4)) и обозная сумму значений сопротивлений резисторов в «программирующей ветви» токового зеркала символом р (например, p=(R1+R2) в уравнениях (3) и (4)), можно переписать уравнения (3) в следующем виде:

при этом значение b в уравнении (5) отображает отсекаемый отрезок вертикальной оси и относится к напряжению на транзисторе, соединенном с диодом в программируемой ветви токового зеркала (например, Q1 на фиг. 11). Аналогично уравнение (4) можно переписать в следующем виде:

Из уравнения (5) можно заметить, что для отрицательных значений b действующее сопротивление обычно меньше, чем кажущееся сопротивление в номинальной рабочей точке, а для положительных значений b действующее сопротивление обычно больше, чем кажущееся сопротивление в номинальной рабочей точке. Ниже рассматриваются некоторые примеры альтернативных воплощений токового зеркала.

На фиг. 13 и 14 представлены принципиальные схемы, демонстрирующие другие примеры схемы 510 преобразователя, показанной на фиг. 6, но на основе полевых транзисторов в соответствии с другими вариантами осуществления данного изобретения. В примерах, показанных на фиг. 13 и 14, применяются полевые МОП-транзисторы с каналом p-типа, хотя следует понять, что аналогичным образом можно применять полевые МОП-транзисторы с каналом n-типа при условии надлежащей перекомпоновки схемы. На фиг. 13 показано, что резисторы R5 и R6 используются для обеспечения коэффициента умножения между программируемым током I_П и током в «нагрузочной ветви» аналогично тому, как это рассмотрено выше в связи с фиг. 11. Более конкретно, подставляя параметры в уравнения (5) и (6) на основании компонентов, показанных на фиг. 13, получаем, что g=R5/R6, p=(R4+R5), а b относится к напряжению на переходе «сток - исток» полевого МОП-транзистора Q5. В качестве дополнения - или альтернативы - к использованию резисторов R5 и R6, как показано на фиг. 14, соответствующие отношения ширины к длине (W/L) полевого транзистора можно выбрать так, чтобы воплотить множитель g. В одном воплощении этого можно достичь в конструкции интегральной схемы путем группирования друг с другом нескольких полевых транзисторов в качестве любого из полевых транзисторов, применяемых в токовом зеркале, достигая при этом желательного множителя.

Применение полевых МОП-транзисторов в схеме 510 преобразователя облегчает воплощение интегральной схемы аппарата 500. Кроме того, как отмечалось выше в связи с фиг. 9, преобразующие схемы согласно фиг. 13 и 14 не включают в себя никаких компонентов, запасающих энергию, что дополнительно облегчает воплощение в виде интегральной схемы. Обращаясь к фиг. 13 и 14, отмечаем, что в возможных воплощениях нагрузка может включать в себя осветительный блок на основе СИД, аналогичный осветительному блоку 100, показанному на фиг. 4, или состоять, по существу, из такого блока, причем осветительный блок на основе СИД включает в себя один или более СИД 104 и управляющую схему для СИД (СИД) (например, контроллер 105). В некоторых вариантах этих воплощений схема преобразователя, в которой применяются полевые транзисторы и схема управления для СИД (СИД) (например, контроллер 105), может быть выполнена в виде единственной интегральной схемы, с которой соединен СИД (соединены СИД).

Снова обращаясь к фиг. 11, отмечаем, что если нагрузка 520 имеет в целом ограниченную по напряжению вольтамперную характеристику (например, такую как показанная на фиг. 3 для обычного СИД), то в соответствии с другими вариантами осуществления также возможна «интеграция» нагрузки со схемой токового зеркала согласно любой из преобразующих схем, показанных на фиг. 11, 12, 13 и 14, путем замены стабилитрона самой нагрузкой. Возможная конфигурация на основе фиг. 11 показана на фиг. 15, где стабилитрон заменен нагрузкой в виде единственного СИД. Получаемый аппарат 500 имеет I-V характеристику, изображенную на фиг. 12, а множество таких аппаратов можно соединять (посредством квадратных зажимов, показанных на фиг. 15) во множестве последовательных, параллельных или последовательно-параллельных компоновок. Аппарат, показанный на фиг. 15, основанный на нагрузке, включающей в себя единственный СИД, может оказаться выгодным в приложениях, в которых было бы удобно иметь сменные узлы СИД в системе из множества таких узлов, в которой напряжение на зажимах и ток на зажимах каждого узла являются предсказуемыми. Это должно обеспечить замену одного типа СИД другим, в частности, когда прямые напряжения СИД могут оказаться разными. Кроме того, как рассматривалось выше, воплощения с использованием полевых транзисторов тоже могли бы облегчить встраивание интегральной схемы, при этом СИД может быть установлен или выполнен на единственной интегральной схеме, включающей в себя остальные компоненты преобразующей схемы.

Схему, изображенную на фиг. 15, можно дополнительно модифицировать для обеспечения изменения рабочих параметров (например, состояния включения-выключения или яркости) нагрузки 520 в виде СИД. Например, как показано на фиг. 16, аппарат 500 с «мерцающим» СИДом можно воплотить, вводя операционную схему 550, конфигурация которой обеспечивает направление тока вокруг нагрузки в виде СИД. СИД можно включать и выключать посредством операционной схемы 550 за счет потребления тока, достаточного для уменьшения напряжения на нагрузке в виде СИД до величины ниже прямого напряжения СИД, или путем переключения в режим малого импеданса для отведения, по существу, всего тока или значительной его части в нагрузочную ветвь токового зеркала вокруг нагрузки в виде СИД. Снова обращаясь к фиг. 7, отмечаем, что каждый аппарат 500 с «мерцающим» СИДом можно подсоединить последовательно (посредством квадратных зажимов, показанных на фиг. 16) для формирования осветительной системы, которая обеспечивает гирлянду мерцающих СИД.

Одна возможная операционная схема, которую можно воплотить в устройстве, показанном на фиг. 16, изображена на фиг. 17. На фиг. 17 показано, что микроконтроллер U2 (например, PIC12C5090) имеет конфигурацию, обеспечивающую направление тока от СИД. Микроконтроллер может быть заменен таймером любого другого подходящего типа, включая различные аналоговые или цифровые схемы. Компоненты D10 и C2 подают питание в микроконтроллер, а транзистор Q14 вместе со стабилитроном D9 обеспечивают путь переменного тока. Напряжение стабилитрона D9 выбирают таким, что сумма его напряжения с напряжением (примерно 0,7 вольт) перехода «база - эмиттер» транзистора Q14 меньше, чем прямое напряжение СИД (т.е. напряжение нагрузки), показанного на фиг. 16. В одном воплощении стабилитрон D9 может быть опущен, если: 1) токовое зеркало, выбранное для применения этой операционной схемы, обладает достаточной способностью управления мощностью; 2) выходной импеданс токового зеркала достаточно велик, чтобы предотвратить большие погрешности зеркала; и 3) конденсатор С2 имеет достаточно большие размеры, чтобы гарантировать работу микроконтроллера в то время, когда СИД выключен. Стабилитрон D9 имеет прямое напряжение, достаточно большое, в частности, когда напряжение на СИДе велико, чтобы непрерывно питать схему таймера. Это обеспечивает номинальную емкость, используемую для конденсатора С2. В этом случае может появиться возможность заменить диод D10 резистором, если номинальное напряжение аппарата невелико по сравнению с потребностями микроконтроллера в напряжении.

В еще одном варианте осуществления стабилитрон D9, показанный на фиг. 17, можно заменить СИД меньшего напряжения, вследствие чего можно создать двухцветное мерцание. Такой аппарат, включающий в себя нагрузку с ограничением по напряжению, в качестве которой применяются два СИД, и операционную схему для управления ими, показан на фиг. 18. В схеме согласно фиг. 18 один из двух СИД D7 и D11 должен оставаться включенным. Отметим, что ток СИД устанавливается извне, а дополнительные источники тока не требуются; однако если напряжение V_З на зажимах аппарата изменяется, то ток СИД также изменяется. В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг. 19, схема 510 преобразователя, аналогичная той, которая показана на фиг. 11, и использующая стабилитрон D13, подключена к нагрузке 520, включающей в себя два СИД D14 и D15 и схему преобразователя, аналогичную той, которая показана на фиг. 17 и 18, вследствие чего оказывается возможным индивидуальное и независимое включение и выключение многочисленных СИД. Хотя на фиг 19 показаны два независимо управляемых СИД, следует понять, что микроконтроллер U2 сможет управлять и другими количествами СИД (например, восемью или более) различных цветов. В еще одном варианте осуществления, основанном на фиг. 19, нагрузку 520 можно заменить осветительным блоком 100 на основе СИД, рассмотренным выше в связи с фиг. 4 и 5, в котором токами, подаваемыми в отдельные СИД (или группы СИД, имеющих одинаковый или сходный спектр), можно соответственно управлять независимо друг от друга и независимо от напряжения V_З на зажимах аппарата.

Как указывалось ране, общие функциональные возможности схем, рассмотренных выше в связи с фиг. 11-19, можно воплотить, используя варианты схем, не выходящие за рамки объема притязаний и существа данного изобретения. Как изображено на чертежах, в различных конфигурациях токовых зеркал можно применять биполярные плоскостные p-n-p и n-p-n транзисторы, а также полевые МОП-транзисторы с каналами p- и n-типа. Токовые зеркала можно воплощать с помощью операционных усилителей, каскодных устройств или других компонентов для достижения повышенной точности, удовлетворения требований меньшего программирующего тока, меньших напряжений выключения или наличия других желаемых признаков.

Как отмечалось в связи с фиг. 12, схемы, рассмотренные выше, в которых применяется токовое зеркало, в общем случае не обладают вольтамперной характеристикой, имеющей линейный участок, который при продолжении пересекает начало координат на графике I-V характеристики. Вернее, в случае схемы, показанной на фиг. 11, в которой применяются биполярные плоскостные транзисторы, продолженный линейный участок графика I-V характеристики имеет отрицательный отрезок, отсекаемый по вертикальной оси, как показано посредством уравнений (3). В частности, отрезок, отсекаемый по горизонтальной оси (оси напряжения), представляет собой превышающее нуль (например, составляющее 0,7 вольта) падение напряжения, по меньшей мере, на одном транзисторе, соединенном с диодом. В схемах, где в токовом зеркале применяются МОП-устройства, отрезок, отсекаемый по оси напряжения, может составлять порядка двух или более вольт.

Для воплощений, в которых может оказаться желательным, чтобы вольтамперная характеристика аппарата 500 имела пересечение с началом координат на графике I-V, можно применять источник тока на основе операционного усилителя, как описано выше в связи с фиг. 9 и 10. В качестве альтернативы, в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения, где в схеме 510 преобразователя применяются токовые зеркала, вместе с токовым зеркалом можно применять источник тока на основе операционного усилителя, аналогичный тому, который показан на фиг. 9. На фиг. 20 представлена принципиальная схема, демонстрирующая такой пример преобразующей схемы 510, в которой токовое зеркало 562 на основе полевого МОП-транзистора подключено к программирующей схеме 564, включающей в себя операционный усилитель U4А.

В схеме согласно фиг. 20 резистор R27 служит в качестве программирующего резистора для токового зеркала, а управляющее напряжение V_У на программирующем резисторе задается равным доле напряжения V_З на зажимах через посредство делителя напряжений, образованного резисторами R28 и R29. В результате программирующий ток I_П не является функцией каких-либо падений напряжения на полевом МОП-транзисторе Q29, соединенном с диодом, а получаемый аппарат имеет график 322 I-V характеристики с продолженным линейным участком, пересекающим ось близко к началу координат или в начале координат графика I-V характеристики, как показано, например, на фиг. 21. В одном аспекте это могло бы обеспечить большее количество аппаратов, соединяемых последовательно, поскольку повышенная точность обычно приводит к меньшему разбросу напряжений на зажимах в последовательно соединенной гирлянде аппаратов, как показано на фиг. 7.

Хотя на фиг. 20 представлено еще одно воплощение преобразующей схемы для аппарата, имеющего I-V характеристику, продолженный линейный участок которой имеет пересечение с началом координат, следует понять, что это ни в коей мере не является обязательной характеристикой для работы аппарата во множестве приложений. Более обобщенно, аппараты в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, рассматриваемыми здесь, могут иметь, по существу, линейную или квазилинейную вольтамперную характеристику в некотором диапазоне предсказуемых напряжений на зажимах во время нормальной работы, причем эта характеристика может быть или не быть продолжена до пересечения с началом координат графика I-V характеристики. Кроме того, степень необходимой линейности для разных приложений может быть разной. В частности, ее можно определить путем анализа любых значимых источников погрешности в схеме преобразователя (таких, как рассогласования компонентов, приводящие к любым смещениям, нелинейностям или различиям от аппарата к аппарату) и путем определения вытекающих отсюда рассогласований действующих напряжений на зажимах между двумя или более аппаратами. Хотя эти погрешности можно уменьшить, любая требуемая степень уменьшения погрешности может быть зависимой от приложения. Например, если для заданного приложения имеется избыточное напряжение источника питания, а в некоторых аппаратах допускается избыточное рассеяние, то дополнительные меры с целью гарантии более одинаковых вольтамперных характеристик для множества аппаратов, соединяемых друг с другом для потребления мощности из источника питания, могут и не потребоваться.

В еще одних вариантах осуществления изобретения преобразующие схемы для аппарата 500, показанного на фиг. 6, могут быть выполнены с возможностью преднамеренного наличия ненулевого отсекаемого отрезка для продолженного линейного участка I-V характеристики, вследствие чего действующее сопротивление аппарата может значительно отличаться от сопротивления аппарата в номинальной рабочей точке. В частности, схеме преобразователя можно придать такую конфигурацию, что действующее сопротивление аппарата в некотором диапазоне в окрестности номинальной рабочей точки (V_З=V_ном) может оказаться больше или меньше, чем кажущееся сопротивление R_каж=V_З/I_З в номинальной рабочей точке за счет введения ненулевого отсекаемого отрезка.

Например, для уменьшения зависимости напряжения от тока на зажимах аппарата можно применять действующее сопротивление R_эфф=nR_каж, где n>1. В приложениях, в которых выше номинальной рабочей точки можно ожидать отклонений напряжения, это большее действующее сопротивление приводит к меньшему рассеянию мощности устройств при таких отклонениях напряжения. Например, путем простого удвоения кажущегося сопротивления, т.е. получения R_эфф=2R_каж можно достичь 50%-ной экономии мощности при напряжениях, превышающих напряжение в номинальной рабочей точке, а при n=4 можно достичь 75%-ной экономии мощности. Совместное использование действующего напряжения в некоторых случаях может затруднить достижение увеличенных значений n, поскольку малые погрешности из-за блуждающих токов могут вызвать пропорционально увеличенные изменения в соответствующих напряжениях на зажимах многочисленных последовательно соединенных аппаратов; однако этот эффект может оказаться несущественным во многих приложениях. В альтернативном варианте можно воплотить действующее сопротивление R_эфф=nR_каж, где n<1, чтобы увеличить совместное использование большего напряжения в гирлянде последовательно соединенных аппаратов при повышенных напряжениях источника питания или по различным другим причинам. Одной такой причиной, связанной с многочисленными последовательно соединенными аппаратами, имеющими один или более источников света в качестве нагрузок, и источником питания, содержащим батарею, может быть максимизация светоотдачи при повышенных напряжениях батареи. Хотя теоретически множитель n может иметь любое значение, в соответствии с различными вариантами осуществления, описываемыми здесь, преобразующим схемам можно придать такую конфигурацию, что для множителя n окажутся возможными значения, по меньшей мере, в диапазоне 0,1<n<10, а более конкретно, в некоторых воплощениях n может иметь значения в диапазоне 1<n<4.

Чтобы изменить множитель n, а значит, и действующее сопротивление данного аппарата на основе схемы преобразователя согласно фиг. 9, может понадобиться введение - с помощью резистора R51 - положительного или отрицательного напряжения, чтобы обеспечить смещение управляющего напряжения V_У; в альтернативном варианте на не инвертирующем входе операционного усилителя U50 возможно введение положительного или отрицательного тока, чтобы обеспечить смещение управляющего напряжения V_У. Можно также применить другие способы введения принудительного смещения. Аналогичным образом в схемах преобразователя, где применяется токовое зеркало, можно вводить положительное или отрицательное напряжение последовательно с помощью программирующего резистора, или - в качестве альтернативы - можно вводить положительный или отрицательный фиксированный ток параллельно с программирующим током I_П для достижения этих характеристик. Следует понять, что вышеизложенное можно воплотить посредством целого ряда разных способов с помощью множества разных схем и что можно также воспользоваться другими способами изменения действующего сопротивления.

Например, на фиг. 22 и 23 представлены принципиальные схемы, демонстрирующие другие примеры схемы 510 преобразователя аппарата согласно фиг. 6, в которой заданным образом устанавливается ненулевой отсекаемый отрезок I-V характеристики, чтобы обеспечить действующее сопротивление, которое отличается от кажущегося сопротивления в номинальной рабочей точке, в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения. На фиг. 22 показано, что применяется конфигурация токового зеркала, в которой дополнительный фиксированный ток I₂ протекает параллельно программирующему току I_П. Для генерирования тока I₂ применяется конфигурация токового зеркала, аналогичная той, которая показана на фиг. 20, и содержащая резисторы R40, R41, стабилитрон D42, транзистор Q40 и операционный усилитель U6. Уравнение (5) можно изменить с учетом фиксированного тока I₂, задаваясь следующей I-V характеристикой для схемы согласно фиг. 22:

Из уравнения (7) можно увидеть, что фиксированный ток можно выбрать так, чтобы исключить отрезок b, отсекаемый по вертикальной оси (т.е. эффект транзистора, соединенного с диодом), или чтобы обеспечить другие, чисто положительные или отрицательные, значения для отрезка, отсекаемого по вертикальной оси. В заданной номинальной рабочей точке V_З=V_ном и при соответствующем токе I_З большие положительные значения для I₂ (чисто положительный отсекаемый отрезок) обеспечивают большие действующие сопротивления, и наоборот, более отрицательные значения для I₂ (чисто отрицательный отсекаемый отрезок) обеспечивают меньшие действующие сопротивления. Фиг. 23 иллюстрирует, как отрезок, отсекаемый по вертикальной оси продолженным линейным участком I-V характеристики, может быть сдвинут вниз (т.е. к более отрицательным токам) посредством введения фиксированного напряжения V_{смещения} (например, создаваемого стабилитроном D20 или источником опорного напряжения другого типа) последовательно с программирующим резистором. Обращаясь к уравнениям (3) и (5), отмечаем, что напряжение V_{смещения} прибавляется к напряжению V_тран на транзисторе Q26, соединенном с диодом, что приводит к увеличенному отрицательному значению для параметра b. Этот же метод можно использовать в связи с программирующим резистором R32 или резистором R40, показанными на фиг. 22.

Более обобщенно, можно показать, что различные характеристики можно генерировать посредством использования многочисленных регулируемых опорных диодов и резисторов для генерирования управляющего напряжения V_У и - по выбору - посредством добавления операционных усилителей или других схем в целях точности или удобства. Такие схемы часто называют кусочно-линейными, потому что они имеют многочисленные линейные куски своей функции. Конструкция схем для генерирования такой функции в общем случае понятна. Желаемое управляющее напряжение V_У получается из напряжения V_З на зажимах, а для генерирования тока, параллельного программирующему току, который можно затем использовать, чтобы создать больший ток для нагрузки, можно применять конфигурацию схемы преобразователя напряжения в ток, такую, как показанные на фиг. 20-22 (или любую другую подходящую схему). В альтернативном варианте, как показано в одном варианте осуществления на фиг. 9, можно избежать применения токового зеркала в ситуациях, где нагрузка оказывается подходящей, а операционный усилитель можно наделить дополнительной функцией вычитания уже текущего тока нагрузки при управлении регулируемым шунтом.

Как говорилось выше в связи с фиг. 4 и 5, управляемый осветительный блок 100 на основе СИД может принимать, обрабатывать и передавать данные последовательно, при этом обрабатываемые данные облегчают управление различными состояниями света (например, в контексте цвета, яркости), генерируемого осветительным блоком. Возможные вольтамперные характеристики для такого осветительного блока рассматривались выше в связи с фиг. 3. Такой осветительный блок может служить в качестве нагрузки 520, показанной в варианте осуществления согласно фиг. 6, а в различных других вариантах осуществления, рассмотренных здесь, - для обеспечения измененных вольтамперных характеристик (например, таких, что аппарат, включающий в себя осветительный блок 100, ведет себя как линейный или резистивный элемент для источника питания, из которого потребляется мощность). Как говорилось выше в связи с фиг. 7, такой аппарат можно тогда скомпоновать во множестве последовательных или последовательно-параллельных комбинаций для получения мощности из источника питания.

На основании последовательного соединения аппаратов для потребления мощности, показанного на фиг. 7, на фиг. 24 и 25 изображены возможные осветительные системы 2000, включающие в себя множество аппаратов 500, каждый из которых включает в себя осветительный блок 100. Аналогично фиг. 7 каждый аппарат 500, показанный на фиг. 24 и 25 (и обозначенный малым квадратом), составляет «осветительный узел» осветительных систем 2000, а множество осветительных узлов соединены последовательно (фиг. 24) или последовательно-параллельно (фиг. 25) для потребления мощности из источника питания, имеющего напряжение V_ИП на зажимах источника питания.

На фиг. 24 и 25 показано, что множество узлов не только получает мощность последовательно, но и имеет конфигурацию, обуславливающую наличие узлов, которые обрабатывают данные последовательно. В частности, системы включают в себя шину 400 данных, которая последовательно соединена с портами 120 связи (см. фиг. 4 и 5) каждого узла. В одном конкретном варианте осуществления данные из узла могут быть переданы в следующий узел посредством использования емкостной связи. Более крупные системы многочисленных осветительных блоков можно создавать, соединяя друг с другом параллельно многочисленные гирлянды последовательно соединенных осветительных блоков, как показано на фиг. 25. В таких последовательно-параллельных компоновках можно использовать конденсаторы для емкостной связи шин данных между узлами при одинаковом напряжении, что обозначено символом Сх, или можно их опустить, а их отсутствие обозначено символом Су. В еще одном варианте осуществления сеть передачи данных и компоновка узлов в ней могут быть произвольными, т.е. требование, что данные следуют от одного узла к следующему в какой-либо известной топологии, не накладывается. Показанная емкостная связь может обеспечить передачу данных в произвольной последовательности или произвольном порядке между узлами. В одной возможной двумерной компоновке узлов (например, на основании последовательно-параллельной компоновки узлов, аналогичной той, которая показана на фиг. 25), данные могут течь от ряда к ряду или от столбца к столбцу, или - фактически - любым другим образом.

На фиг. 26 показано, что осветительная система 2000, аналогичная тем, которые показаны на фиг. 24 и 25, может дополнительно содержать фильтр, образованный конденсатором 2020, и мостовой выпрямитель 2040 и поэтому может работать непосредственно от источника 2060 питания переменного тока (например, имеющего среднеквадратическое значение напряжения линии, составляющее 120 В или 240 В), не содержа при этом никакой схемы понижения напряжения (например, трансформатор). В одном аспекте этого варианта осуществления количество узлов и соответствующие напряжения узлов, присущие последовательно соединенным узлам, выбраны так, что выпрямленное и отфильтрованное напряжение линии переменного тока (т.е. напряжение V_ИП) оказывается подходящим для подачи питания во множество улов. В одном возможном воплощении, рассмотренном выше в связи с фиг. 9, узлы могут иметь номинальные напряжения на зажимах порядка 5 вольт и, соответственно, между зажимами, к которым приложено напряжение V_ИП, основанное на среднеквадратическом значении напряжения линии, составляющем 120 В, можно последовательно подсоединять до тридцати и более узлов. В еще одном возможном воплощении, рассмотренном выше в связи с фиг. 11, узлы могут иметь номинальные напряжения на зажимах порядка 24 вольт, и поэтому, соответственно, между зажимами, к которым приложено напряжение V_ИП, основанное на среднеквадратическом значении напряжения линии, составляющем 120 В, можно последовательно подсоединять до семи узлов.

На фиг. 27 изображен один пример аппарата 500, составляющего узлы, показанные на фиг. 24, 25 и 26, в соответствии с одним возможным вариантом осуществления, в котором узел содержит трехканальный (т.е. RGB) осветительный блок 100 на основе СИД, рассмотренный выше в связи с фиг. 4 и 5. В целях иллюстрации осветительный блок 100 показан соединенным с схемой 510 преобразователя, основанной на конфигурации согласно фиг. 11, но следует понять, что в этом аппарате можно применить любую схему преобразователя в соответствии с описанными здесь концепциями.

Как рассмотрено выше в связи с фиг. 4, на фиг. 27 изображены три «канала» осветительного блока 100, для простоты представленные тремя СИД D23, D24 и D25. Однако следует понять, что эти три СИД представляют собой источники 104А, 104В, 104С и 104D света на основе СИД, показанные на фиг. 4, причем каждый источник света может включать в себя один или более СИД, конфигурация которых обеспечивает генерирование излучения, имеющего заданный спектр, и при этом многочисленные СИД заданного источника света сами могут быть соединены в последовательных, параллельных или последовательно-параллельных компоновках (в одном возможном воплощении в канале зеленого цвета могут применяться 5 последовательно соединенных СИД зеленого цвета, в канале синего цвета могут применяться 5 последовательно соединенных СИД синего цвета, а в канале красного цвета могут применяться 8 последовательно соединенных СИД красного цвета). Как рассматривалось выше в связи с фиг. 24, 25 и 26, аппарату 500, показанному на фиг. 27, можно придать конфигурацию для последовательной передачи данных через посредство шин 400 данных и портов 120 связи контроллера 105 осветительного блока.

Хотя все из представленных здесь вариантов воплощения резистивного преобразования являются стационарными схемами, следует понимать, что различные виды преобразования постоянного тока в постоянный ток (примеры которого включают в себя, но не ограничиваются импульсными источниками питания и схемами накачки заряда) могут быть использованы для обеспечения лучшего управления напряжением нагрузки, повышенной производительности и для других целей. Кроме того, интегрированные осуществления представленных здесь концепций могут иметь более сложную структуру, включающую в себя значительное количество транзисторов для получения разнообразных показателей, что является обычным случаем.

Хотя здесь описаны и проиллюстрированы несколько вариантов осуществления изобретения, обычные специалисты в данной области техники легко смогут предусмотреть множество других средств и/или конструкций для выполнения функций и/или получения результатов и/или одного более преимуществ, описанных здесь, и предполагается, что каждое из таких изменений и/или каждая из таких модификаций находится в рамках объема притязаний вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. Более обобщенно специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и/или конфигурации, описанные здесь, будут зависеть от конкретного приложения или конкретных приложений, для которых применяется или применяются положение или положения данного изобретения. Специалисты в данной области техники поймут или будут способны разработать с помощью не более чем самых обычных экспериментов многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления, описанных здесь. Поэтому должно быть очевидным, что вышеуказанные варианты осуществления представлены лишь в качестве примера и что в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты осуществления изобретения могут быть воплощены на практике не теми способами, которые конкретно описаны и заявлены. Различные варианты осуществления данного изобретения посвящены каждому отдельному признаку, каждой отдельной системе, каждому отдельному изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанным здесь. Кроме того, любая совокупность двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, находится в рамках объема притязаний данного изобретения.

Все употребляемые здесь определения следует понимать, руководствуясь словарными определениями, определениями, указанными в документах, приведенных для справок, и/или в обычном смысле определяемых терминов.

Если явно не указано противоположное, то признаки единственного числа существительных, употребляемые в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле «по меньшей мере, один (одна, одно)».

Выражение «и/или», употребляемое в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле «любой из … или оба» применительно к элементам, объединяемых этим союзом, т.е. элементам, которые, будучи объединены союзом «и», присутствуют в некоторых случаях и, будучи разъединены союзом «или», присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленные с употреблением выражения «и/или», следует понимать одинаково, т.е. в смысле «любой из … или оба» применительно к элементам, объединяемых этим словосочетанием. По выбору могут присутствовать и элементы, отличающиеся от тех, которые указаны посредством формулировки с выражением «и/или», как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера отметим, что указание «А и/или В», употребляемое совместно с формулировкой, допускающей изменения, такой, как «содержащие», может в одном варианте осуществления относиться только к А (с включением в список - по выбору - элементов, отличающихся от В), в другом варианте осуществления - только к В (с включением в список - по выбору - элементов, отличающихся от А), а в еще одном варианте осуществления - и к А, и к В (с включением в список - по выбору - других элементов) и т.д.

В том смысле, в каком он употребляется в описании и формуле изобретения, союз «или» следует понимать как имеющий тот же смысл что и словосочетание «и/или», описанное выше. Например, при разделении терминов в списке, «или» либо «и/или» будет интерпретироваться во включительном смысле, т.е. как включение, по меньшей мере, одного, а также включение более чем одного, некоторого количества или списка элементов, а по выбору - и дополнительных элементов, не перечисленных в списке. Только термины, явно указывающие противоположное, такие, как «только один из», «точно один из» или - при употреблении в формуле изобретения - «состоящий из» будут относиться к включению только одного элемента из некоторого количества или списка элементов. Вообще говоря, в том смысле, в каком он употребляется здесь, термин «или» будет интерпретироваться только как указывающий исключительные альтернативы (т.е. «тот или другой, но не оба»), когда ему предшествуют такие термины исключительности, как «любой из», «один из», «только один из» или «точно один из». Выражение «состоящий, по существу, из», когда оно употребляется в формуле изобретения, будет иметь свой обычный смысл, в котором оно используется в области патентного права.

В том смысле, в каком оно употребляется в описании и формуле изобретения, выражение «по меньшей мере, один» применительно к списку из одного или более элементов следует понимать как означающее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого или любых элементов в списке элементов, но не обязательно включающее в себя, по меньшей мере, один из каждого и всякого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов. Это определение также допускает ситуацию, в которой - по выбору - могут присутствовать элементы, отличающиеся от тех элементов, конкретно указанных в пределах списка элементов, к которому относится выражение «по меньшей мере, один», как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера отметим, что указание «по меньшей мере, один из А и В» (либо эквивалентное «по меньшей мере, один из А или В», либо эквивалентное «по меньшей мере, один из А и/или В») может в одном варианте осуществления относиться, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, А при отсутствии В (и - по выбору - включая в себя элементы, отличающиеся от В), в другом варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, В при отсутствии А (и - по выбору - включая в себя элементы, отличающиеся от А), а в еще одном варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, А и, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, В (и - по выбору - включая в себя другие элементы), и т.д.

Следует также понять, что если ясно не указано противоположное, то в любых способах, заявляемых здесь, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничивается тем порядком, в котором этапы или действия способа представлены.

В формуле изобретения, а также в вышеизложенном описании все переходные выражения, такие, как «содержащий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «вмещающий», «предусматривающий», «заключающий в себе», «объединяющий в себе» и т.п., следует понимать как допускающие изменения, т.е. означающие включение, но не в ограничительном смысле. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий, по существу из» следует понимать как формулировки, не допускающие изменения (закрытые формулировки) или полузакрытые формулировки, соответственно, как изложено в Руководстве по методике патентной экспертизы Патентного ведомства США, раздел 2111.03.

Изобретение относится к области электротехники. Способы и аппараты для имитации резистивных нагрузок и осуществления последовательных, параллельных и/или последовательно-параллельных соединений многочисленных нагрузок для потребления рабочей мощности. Осуществляют изменение вольтамперных характеристик нагрузок заданным образом, способствуя предсказуемому и/или желаемому поведению многочисленных нагрузок, потребляющих мощность из источника питания. Возможные нагрузки включают в себя источники света на основе СИД и осветительные блоки на основе СИД. Измененные вольтамперные характеристики могут привести к тому, что нагрузка поведет себя как, по существу, линейный или резистивный элемент для источника питания, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне. При соединениях многочисленных таких нагрузок напряжение на каждой нагрузке оказывается относительно более предсказуемым. В одном примере последовательное соединение многочисленных нагрузок с измененной вольтамперной характеристикой может работать от линейного напряжения, не требуя трансформатора. Технический результат - упрощение управления напряжением нагрузки. 9 н. и 61 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Аппарат, обеспечивающий поведение нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой как нагрузки, имеющей линейную вольтамперную характеристику для внешнего источника питания в некотором рабочем диапазоне, содержащий:
по меньшей мере, одну нагрузку, имеющую нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одной нагрузкой и имеющую такую конфигурацию, что аппарат имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне,
причем первый ток, проводимый аппаратом, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, не зависит от второго тока, проводимого нагрузкой; и аппарат имеет напряжение V_З на зажимах и проводит ток I_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, и при этом схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 0,1(V_З/I_З) до 10(V_З/I_З), по меньшей мере, в номинальной рабочей точке V_З=V_ном в упомянутом, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне.

2. Аппарат, обеспечивающий поведение нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой как нагрузки, имеющей линейную вольтамперную характеристику для внешнего источника питания в некотором рабочем диапазоне, содержащий:
по меньшей мере, одну нагрузку, имеющую нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одной нагрузкой и имеющую такую конфигурацию, что аппарат имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне,
причем первый ток, проводимый аппаратом, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, не зависит от второго тока, проводимого нагрузкой; и аппарат имеет напряжение V_З на зажимах и проводит ток I_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, и схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 1,0(V_З/I_З) до 4,0(V_З/I_З) в номинальной рабочей точке.

3. Аппарат по п.1, в котором номинальной рабочей точкой является приблизительно 5 В.

4. Аппарат по п.3, в котором, по меньшей мере, некоторый рабочий диапазон включает в себя напряжения на зажимах в диапазоне от приблизительно 4,5 В до 9 В.

5. Аппарат по п.1, в котором номинальной рабочей точкой является приблизительно 24 В.

6. Аппарат по п.5, в котором, по меньшей мере, некоторый рабочий диапазон включает в себя напряжения на зажимах в диапазоне от приблизительно 21 В до 30 В.

7. Аппарат по п.4, в котором схема преобразователя содержит источник изменяющегося тока.

8. Аппарат по п.7, в котором источник изменяющегося тока включает в себя, по меньшей мере, один операционный усилитель.

9. Аппарат по п.7, в котором источник изменяющегося тока включает в себя, по меньшей мере, одно токовое зеркало.

10. Аппарат по п.7, в котором схема преобразователя дополнительно содержит регулятор напряжения для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одной нагрузки.

11. Аппарат по п.10, в котором регулятор напряжения содержит стабилитрон.

12. Аппарат по п.7, в котором схема преобразователя дополнительно содержит, по меньшей мере, один из источника фиксированного тока и источника фиксированного напряжения, соединенный с источником изменяющегося тока.

13. Аппарат по п.7, в котором схема преобразователя содержит единственную интегральную схему.

14. Аппарат по п.4, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один светоизлучающий диод (СИД).

15. Аппарат по п.14, в котором, по меньшей мере, один СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД небелого цвета.

16. Аппарат по п.14, в котором, по меньшей мере, один СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

17. Аппарат по п.4, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД, и при этом, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД содержит:
по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, и
по меньшей мере, один второй СИД для генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра.

18. Аппарат по п.17, в котором, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД небелого цвета.

19. Аппарат по п.17, в котором, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

20. Аппарат по п.19, в котором, по меньшей мере, один второй СИД включает в себя, по меньшей мере, один второй СИД белого цвета.

21. Аппарат по п.4, в котором схема преобразователя не включает в себя никакое устройство, запасающее энергию.

22. Аппарат по п.21, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один СИД, и при этом аппарат содержит единственную интегральную схему.

23. Аппарат по п.21, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД, причем упомянутый, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД содержит, по меньшей мере, один СИД и управляющую схему для, по меньшей мере, одного СИД, и при этом схема преобразователя и управляющая схема для, по меньшей мере, одного СИД воплощены в виде единственной интегральной схемы, с которой соединен, по меньшей мере, один СИД.

24. Аппарат, обеспечивающий поведение нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой, как нагрузки, имеющей линейную вольтамперную характеристику для внешнего источника питания в некотором рабочем диапазоне, содержащий:
по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий рабочее напряжение V_Н и рабочий ток I_Н, в котором первая вольтамперная характеристика, основанная на рабочем напряжении V_Н и рабочем токе I_Н, является, по существу, нелинейной или изменяющейся, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком для обеспечения рабочего напряжения V_Н, причем схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат поводит ток I_З на зажимах и имеет напряжение V_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания,
при этом: рабочее напряжение V_Н, по меньшей мере, одного осветительного блока меньше, чем напряжение V_З на зажимах аппарата,
ток I_З на зажимах аппарата не зависит от рабочего тока I_Н или рабочего напряжения V_Н, по меньшей мере, одного осветительного блока, а вторая вольтамперная характеристика аппарата, основанная на напряжении V_З на зажимах и токе I_З на зажимах, является, по существу, линейной в диапазоне напряжений на зажимах в окрестности номинальной рабочей точки V_З=V_ном; причем
схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 0,1(V_З/I_З) до 10(V_З/I_З) в номинальной рабочей точке V_З=V_ном в упомянутом, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне.

25. Аппарат, обеспечивающий поведение нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой, как нагрузки, имеющей линейную вольтамперную характеристику для внешнего источника питания в некотором рабочем диапазоне, содержащий:
по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий рабочее напряжение V_Н и рабочий ток I_Н, в котором первая вольтамперная характеристика, основанная на рабочем напряжении V_Н и рабочем токе I_Н, является, по существу, нелинейной или изменяющейся, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком для обеспечения рабочего напряжения V_Н, причем схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат поводит ток I_З на зажимах и имеет напряжение V_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания,
при этом: рабочее напряжение V_Н, по меньшей мере, одного осветительного блока меньше, чем напряжение V_З на зажимах аппарата,
ток I_З на зажимах аппарата не зависит от рабочего тока I_Н или рабочего напряжения V_Н, по меньшей мере, одного осветительного блока, а
вторая вольтамперная характеристика аппарата, основанная на напряжении V_З на зажимах и токе I_З на зажимах, является, по существу, линейной в диапазоне напряжений на зажимах в окрестности номинальной рабочей точки V_З=V_ном; причем
схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 1,0(V_З/I_З) до 4,0(V_З/I_З) в номинальной рабочей точке.

26. Аппарат по п.24, в котором схема преобразователя содержит источник изменяющегося тока.

27. Аппарат по п.26, в котором, по меньшей мере, один осветительный блок содержит:
по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, и
по меньшей мере, один второй СИД для генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра.

28. Осветительная система, обеспечивающая предсказуемое и/или желательное поведение нагрузки, содержащая:
множество осветительных узлов, соединенных последовательно для потребления мощности из источника питания, причем каждый осветительный узел множества осветительных узлов содержит:
по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий, по существу, нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком и имеющую такую конфигурацию, что осветительный узел имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне;
причем каждый осветительный узел имеет напряжение V узла и проводит ток I узла, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания, и при этом каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что каждый осветительный узел имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 0,1(V/I) до 10(V/I), по меньшей мере, при номинальном напряжении V=V_ном узла, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне.

29. Осветительная система по п.28, в которой источник питания представляет собой источник питания переменного тока, причем осветительная система дополнительно содержит выпрямитель и фильтр, и при этом множество осветительных узлов соединены с фильтром для потребления мощности, когда выпрямитель соединен с источником питания переменного тока.

30. Осветительная система по п.29, не включающая в себя трансформатор напряжения между фильтром и множеством осветительных узлов.

31. Осветительная система по п.28, в которой источник питания представляет собой источник питания переменного тока, и при этом осветительная система не включает в себя никакие схемы преобразования напряжения или преобразующие напряжение компоненты между источником питания и множеством осветительных узлов.

32. Осветительная система по п.28, в которой множество осветительных узлов соединены последовательно для приема данных на основании протокола последовательной передачи данных.

33. Осветительная система по п.28, в которой каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что соответствующие напряжения узлов множества осветительных узлов, по существу, одинаковы в упомянутом, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания.

34. Осветительная система по п.33, в которой источник питания имеет напряжение на зажимах, и при этом каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что множество осветительных узлов совместно используют напряжение на зажимах, по существу, так, что его величины оказываются одинаковыми, для обеспечения соответствующих напряжений узлов.

35. Осветительная система, обеспечивающая предсказуемое и/или желательное поведение нагрузки, содержащая:
множество осветительных узлов, соединенных последовательно для потребления мощности из источника питания, причем каждый осветительный узел множества осветительных узлов содержит:
по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий, по существу, нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком и имеющую такую конфигурацию, что осветительный узел имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне;
причем каждый осветительный узел имеет напряжение V узла и проводит ток I узла, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания, и каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что действующее сопротивление находится в диапазоне приблизительно от 1,0(V/I) до 4,0(V/I) при номинальном напряжении V=V_ном узла в номинальной рабочей точке.

36. Осветительная система по п.35, в которой каждая схема преобразователя содержит источник изменяющегося тока.

37. Осветительная система по п.36, в которой каждая схема преобразователя дополнительно содержит регулятор напряжения для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одного осветительного блока.

38. Осветительная система по п.28, в которой для каждого осветительного узла, по меньшей мере, один осветительный блок содержит:
по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, и
по меньшей мере, один второй СИД для генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра.

39. Осветительная система по п.38, в которой, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД небелого цвета.

40. Осветительная система по п.38, в которой, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

41. Осветительная система по п.40, в которой, по меньшей мере, один второй СИД включает в себя, по меньшей мере, один второй СИД белого цвета.

42. Осветительная система по п.28, в которой для каждого осветительного узла по меньшей мере, один осветительный блок содержит, по меньшей мере, один СИД и управляющую схему для, по меньшей мере, одного СИД, а
схема преобразователя и управляющая схема для, по меньшей мере, одного СИД воплощены в виде единственной интегральной схемы, с которой соединен, по меньшей мере, один СИД.

43. Осветительная система, обеспечивающая предсказуемое и/или желательное поведение нагрузки, содержащая:
множество осветительных узлов, соединенных последовательно для потребления мощности из источника питания, причем каждый осветительный узел множества осветительных узлов имеет напряжение узла и содержит:
по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий, по существу, нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одного осветительного блока,
причем каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что соответствующие напряжения узлов множества осветительных узлов оказываются, по существу, одинаковыми, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания;
причем каждый осветительный узел имеет напряжение V узла и проводит ток I узла, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания, и при этом каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что каждый осветительный узел имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 0,1(V/I) до 10(V/I), по меньшей мере, при номинальном напряжении V=V_ном узла, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне.

44. Осветительная система по п.43, в которой источник питания имеет напряжение на зажимах, и при этом каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что множество осветительных узлов совместно используют упомянутое напряжение на зажимах, по существу, так, что его величины оказываются одинаковыми, для обеспечения соответствующих напряжений узлов.

45. Осветительная система по п.43, в которой каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что множество осветительных узлов имеют идентичные вольтамперные характеристики в, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне.

46. Осветительная система по п.43, в которой каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что каждый осветительный узел имеет, по существу, линейную вольтамперную характеристику в, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне.

47. Осветительная система по п.47, в которой каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что множество осветительных узлов имеют идентичные вольтамперные характеристики в, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне.

48. Осветительная система, обеспечивающая предсказуемое и/или желательное поведение нагрузки, содержащая:
множество осветительных узлов, соединенных последовательно для потребления мощности из источника питания, причем каждый осветительный узел множества осветительных узлов имеет напряжение узла и содержит:
по меньшей мере, один осветительный блок, имеющий, по существу, нелинейную или изменяющуюся вольтамперную характеристику, и схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одним осветительным блоком для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одного осветительного блока,
причем каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что соответствующие напряжения узлов множества осветительных узлов оказываются, по существу, одинаковыми, по меньшей мере, в некотором рабочем диапазоне, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания;
причем каждый осветительный узел имеет напряжение V узла и проводит ток I узла, когда множество осветительных узлов потребляет мощность из источника питания, и при этом каждая схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что действующее сопротивление находится в диапазоне от приблизительно 1,0(V/I) до 4,0(V/I) при номинальном напряжении V=V_ном узла в номинальной рабочей точке.

49. Осветительная система по п.48, в которой каждая схема преобразователя содержит источник изменяющегося тока.

50. Осветительная система по п.49, в которой каждая схема преобразователя дополнительно содержит регулятор напряжения для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одного осветительного блока.

51. Осветительная система по п.43, в которой для каждого осветительного узла, по меньшей мере, один осветительный блок содержит:
по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, и
по меньшей мере, один второй СИД для генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра.

52. Осветительная система по п.51, в которой, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД небелого цвета.

53. Осветительная система по п.51, в которой, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

54. Осветительная система по п.53, в которой, по меньшей мере, один второй СИД включает в себя, по меньшей мере, один второй СИД белого цвета.

55. Осветительная система по п.43, в которой для каждого осветительного узла:
упомянутый, по меньшей мере, один осветительный блок содержит, по меньшей мере, один СИД и управляющую схему для, по меньшей мере, одного СИД, а
схема преобразователя и управляющая схема для, по меньшей мере, одного СИД воплощены в виде единственной интегральной схемы, с которой соединен, по меньшей мере, один СИД.

56. Аппарат, обеспечивающий поведение нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой, как нагрузки, имеющей линейную вольтамперную характеристику для внешнего источника питания в некотором рабочем диапазоне, содержащий:
по меньшей мере, одну нагрузку, имеющую первую вольтамперную характеристику, и
схему преобразователя, соединенную с, по меньшей мере, одной нагрузкой для изменения первой вольтамперной характеристики заданным образом, способствующим предсказуемому поведению, по меньшей мере, одной нагрузки, когда эта, по меньшей мере, одна нагрузка соединена последовательно, по меньшей мере, с одной другой нагрузкой для потребления мощности из источника питания,
причем первый ток, проводимый аппаратом, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, не зависит от второго тока, проводимого нагрузкой;
причем аппарат, имеет напряжение V_З на зажимах и проводит ток I_З на зажимах, когда этот аппарат потребляет мощность из источника питания, и при этом схема преобразователя имеет такую конфигурацию, что аппарат имеет действующее сопротивление в диапазоне от приблизительно 0,1(V_З/I_З) до 10(V_З/I_З), по меньшей мере, в номинальной рабочей точке V_З=V_ном в упомянутом, по меньшей мере, некотором рабочем диапазоне.

57. Аппарат по п.56, в котором схема преобразователя содержит источник изменяющегося тока.

58. Аппарат по п.57, в котором схема преобразователя дополнительно содержит регулятор напряжения для обеспечения рабочего напряжения для, по меньшей мере, одной нагрузки.

59. Аппарат по п.57, в котором схема преобразователя дополнительно содержит, по меньшей мере, один из источника фиксированного тока и источника фиксированного напряжения, соединенный с источником изменяющегося тока.

60. Аппарат по п.57, в котором схема преобразователя содержит единственную интегральную схему.

61. Аппарат по п.57, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один светоизлучающий диод (СИД).

62. Аппарат по п.61, в котором, по меньшей мере, один СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД небелого цвета.

63. Аппарат по п.61, в котором, по меньшей мере, один СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

64. Аппарат по п.56, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД, и при этом упомянутый, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД содержит:
по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, и
по меньшей мере, один второй СИД для генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра.

65. Аппарат по п.64, в котором, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД небелого цвета.

66. Аппарат по п.64, в котором, по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

67. Аппарат по п.66, в котором, по меньшей мере, один второй СИД включает в себя, по меньшей мере, один второй СИД белого цвета.

68. Аппарат по п.56, в котором схема преобразователя не включает в себя никакое устройство, запасающее энергию.

69. Аппарат по п.68, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один СИД, и при этом аппарат содержит единственную интегральную схему.

70. Аппарат по п.68, в котором, по меньшей мере, одна нагрузка содержит, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД, причем, по меньшей мере, один осветительный блок на основе СИД содержит, по меньшей мере, один СИД и управляющую схему для, по меньшей мере, одного СИД, и при этом схема преобразователя и управляющая схема для, по меньшей мере, одного СИД воплощены в виде единственной интегральной схемы, с которой соединен, по меньшей мере, один СИД.