СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ СИД ЛАМПЫ Российский патент 2013 года по МПК H05B33/08 H05B37/02 

Изобретение было сделано при поддержке Правительства Соединенных Штатов, оказанной согласно контракту с Министерством энергетики США № DE-FC26-05NT42342. Правительство Соединенных Штатов имеет определенные права на это изобретение.

Область техники этого описания относится к источникам питания, в частности к системе и способу управления электропитанием СИД лампы.

Традиционно в качестве источников света в автомобилях и других транспортных средствах использовались люминесцентные осветительные устройства и лампы накаливания. Однако значительные достижения в технологии светодиодов сделали светодиоды привлекательными для использования в транспортных средствах благодаря их длительному сроку службы, высокой производительности и малым размерам. Светодиоды могут теперь генерировать белый свет почти так же эффективно, как компактная лампа дневного света, и ожидается увеличение их эффективности. Для полной реализации экономии энергии светодиодами электроника, которая ими управляет, также должна быть эффективной.

Разработаны автономные СИД лампы, например СИД модульная система для общего освещения, в которой используется множество светодиодов разных цветов с одной или ограниченным количеством интегральных схем. Интегральные схемы включают сенсорные схемы, схемы возбуждения и схемы управления для СИД лампы. Пользователь способен регулировать цвет и яркость лампы.

Для генерирования света в видимом спектре световой выход от светодиодов разных цветов может быть скомбинирован в определенных соотношениях для получения необходимого цвета СИД лампы. Например, один светодиод может генерировать красный свет, один может генерировать зеленый свет и один может генерировать синий свет. Красно-зелено-синяя комбинация может генерировать любой желательный цвет и может быть дополнена светодиодом, генерирующим свет янтарного или белого цвета для регулирования индекса цветопередачи лампы. Индекс цветопередачи указывает, насколько хорошо лампа передает цвета объектов по сравнению со стандартным источником освещения, таким как дневной свет или лампа накаливания. Аббревиатуры RGBA и RGBW означают СИД лампы "красно-зелено-сине-янтарного" и "красно-зелено-сине-белого" цвета 4, соответственно, где число четыре указывает количество цветов светодиодов, используемых в СИД лампе.

Управление подачей электрического тока к каждому СИД источнику в четырехцветной СИД лампе осуществляется независимо для того, чтобы лампа могла покрывать полный диапазон цветов и индексов цветопередачи. Одна конфигурация источника питания для четырехцветной СИД лампы предусматривает два параллельных СИД канала с двумя последовательными СИД источниками в каждом из СИД каналов. Основная электронная топология может представлять собой гистерезисный вольтодобавочный преобразователь с переключателем каналов, управляющим током в каждом канале. Как длительность импульса, так и амплитуда тока в каждом канале являются переменными. Верхнее и нижнее гистерезисные эксплуатационные ограничения устанавливают амплитуду импульса. Шунтовой переключатель, параллельный каждому СИД источнику, управляет током через каждый СИД источник посредством шунтирования накоротко конкретного СИД источника.

Гистерезисные пределы могут быть заданы для максимизации рабочего цикла для одного из СИД источников света в каждом канале. Ток канала может быть уменьшен для получения заданного количества света с максимизацией рабочего цикла одного СИД источника в каждом канале. Это позволяет экономить энергию в электронных схемах и приводит к эффективному генерированию света светодиодами, которые в целом испускают свет более эффективно при более слабом токе, чем при более сильном токе.

СИД источники для лампы, в типичном случае, выбирают для достижения эффективности при генерировании света с оптимальным цветом и индексом цветопередачи, то есть рабочие циклы всех четырехцветных СИД источников света будут большими при оптимальном цвете и индексе цветопередачи. Однако когда выбирают другой цвет, возникают проблемы, и лампа может не быть эффективной. Например, красно-зелено-коричнево-янтарная лампа, предназначенная для генерирования белого света, будет иметь высокое рассеяние мощности в канале с синим и красным СИД источниками, когда выбирают работу с синим цветом. Главным образом будет включен синий СИД источник, то есть синий СИД источник будет иметь большой рабочий цикл, и красный СИД источник будет главным образом выключен, то есть он будет иметь малый рабочий цикл. Это будет приводить к высоким потерям мощности, поскольку шунтовой переключатель, параллельный красному СИД источнику, будет замкнут большую часть времени, будучи закороченным через красный СИД источник и рассеивая мощность тока канала. В другом примере с зеленым и янтарным СИД источником в одном канале зеленый СИД источник будет полностью включен, и янтарный СИД источник будет главным образом выключен, когда пользователю требуется высокая интенсивность света с меньшим индексом цветопередачи. Рассогласование потребностей в СИД источниках в канале будет приводить к высокому рассеянию мощности от шунтового переключателя, параллельного янтарному СИД источнику. Для тока канала силой 1 A через шунтовой переключатель с сопротивлением 220 Ом, рассеяние мощности составляет 0,22 Вт. Когда один из СИД источников света в каждом из каналов главным образом выключен, комбинированное рассеяние мощности от двух каналов составляет 0,44 Вт.

Потеря мощности в шунтовом переключателе не только снижает эффективность лампы, но также вызывает тепловые проблемы. Ток, потерянный в шунтовом переключателе, преобразуется в тепло, и оно должно быть удалено от лампы и связанных с ней микросхем и цепей для исключения проблем в работе от перегревания. Помимо шунтовых переключателей существуют другие источники тепла, такие как переключатели каналов, управляющие уровнем тока в двух каналах. К сожалению, ламповые варианты применения часто имеют ограниченное пространство на лампе и вокруг нее для установки теплоотводов для улучшения теплопередачи от лампы. Отсутствие теплоотводов ограничивает варианты применения, в которых могут использоваться СИД лампы, и ограничивает диапазон цветов, с которыми может работать лампа. Для лампы даже могут снижаться номинальные значения характеристик относительно проектных значений для исключения перегрева.

Необходимо иметь систему и способ управления электропитанием СИД лампы, которые устраняют вышеупомянутые недостатки.

Один объект настоящего изобретения обеспечивает получение СИД лампы, включающей устройство управления светодиодами; множество СИД каналов, в рабочем положении соединенных с устройством управления светодиодами, причем каждый из множества СИД каналов имеет переключатель каналов, установленный расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой, причем шунтированная СИД схема имеет шунтовой переключатель, установленный параллельно СИД источнику. Устройство управления светодиодами снижает потерю мощности в одном из переключателя каналов и шунтового переключателя, когда потери (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы превышают предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы; и каждый из переключателей каналов принимает управляющий сигнал переключения каналов от устройства управления светодиодами, и каждый из шунтовых переключателей принимает управляющий сигнал шунтового переключения от устройства управления светодиодами.

Другой объект настоящего изобретения обеспечивает получение способа управления электропитанием СИД лампы, включающего выполнение СИД лампы, имеющей множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет переключатель каналов, расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой, причем шунтированная СИД схема имеет шунтовой переключатель, расположенный параллельно СИД источнику; задание установочных параметров для СИД лампы; вычисление долей силы света для каждого из СИД источников света на основе установочных параметров СИД лампы; вычисление рабочих циклов для переключателей каналов и шунтовых переключателей на основе долей силы света; вычисление потерь (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы на основе рабочих циклов; определение, является ли потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы; определение, является ли мощность (P_main) переключателя каналов для переключателей каналов меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя для шунтовых переключателей, когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы не является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы; уменьшение мощности (P_main) переключателя каналов, когда мощность (P_main) переключателя каналов не является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя; и уменьшение мощности (P_bypass) шунтовых переключателей, когда мощность (P_main) переключателя каналов является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя.

Другой объект настоящего изобретения обеспечивает получение системы управления электропитанием СИД лампы, включающей СИД лампу, имеющую множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет переключатель каналов, расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой, причем шунтированная СИД схема имеет шунтовой переключатель, расположенный параллельно СИД источнику; средство для задания установочных параметров для СИД лампы; средство для вычисления долей силы света для каждого из СИД источников света на основе установочных параметров СИД лампы; средство для вычисления рабочих циклов для переключателей каналов и шунтовых переключателей на основе долей силы света; средство для вычисления потери (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы на основе рабочих циклов; средство для определения, является ли потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы; средство для определения, является ли мощность (P_main) переключателя каналов для переключателей каналов меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя для шунтовых переключателей, когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы не является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы; средство для уменьшения мощности (P_main) переключателя каналов, когда мощность (P_main) переключателя каналов не является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя; и средство для уменьшения мощности (P_bypass) шунтового переключателя, когда мощность (P_main) переключателя каналов является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя.

Указанные выше и другие признаки и преимущества изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания в настоящее время предпочтительных вариантов осуществления изобретения, данного в сочетании с прилагаемыми чертежами. Подробное описание и чертежи просто иллюстрируют изобретение, а не ограничивают объем изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг.1 - принципиальная схема системы управления электропитанием СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг.2 - блок-схема последовательности операций способа управления электропитанием СИД лампы, соответствующего настоящему изобретению; и

Фиг.3 - принципиальная схема другого варианта осуществления системы управления электропитанием СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению.

На Фиг.1 показана принципиальная схема системы управления электропитанием СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению. В этом примере СИД лампа представляет собой лампу с двухканальной схемой и двумя СИД схемами, то есть СИД лампа имеет два СИД канала с двумя шунтированными СИД схемами на СИД канал.

СИД лампа 30 с использованием системы управления электропитанием включает контроллер 58 СИД, имеющий микроконтроллер 40, в рабочем положении соединенный со специализированной интегральной схемой 50 гистерезисного управления, управляющей мощностью, подаваемой в два СИД канала 60. Каждый СИД канал 60 имеет переключатель 62 каналов и СИД схему 64, соединенные последовательно между напряжением и общим проводником. Каждый переключатель 62 каналов принимает управляющий сигнал 63 переключения каналов от специализированной интегральной схемы 50 гистерезисного управления для управления током в СИД канале 60. В этом примере каждая СИД схема 64 включает диод 67, расположенный параллельно катушке 66 индуктивности, расположенной последовательно с двумя шунтированными СИД схемами 83 и сопротивлением 81. Каждая шунтированная СИД схема 83 включает шунтовой переключатель 68, расположенный параллельно СИД источнику 80. СИД источник 80 включает один или более светодиодов, соединенных последовательно и/или параллельно друг другу, для генерирования света необходимого цвета или длины волны. Каждый шунтовой переключатель 68 принимает сигнал 69 управления шунтированием от специализированной интегральной схемы 50 гистерезисного управления. Шунтовой переключатель 68 замыкает накоротко ток канала вблизи связанного с ним СИД источника для управления световым выходом связанного с ним СИД источника. В этом примере основная электронная топология представляет собой гистерезисный вольтодобавочный преобразователь. Контроллер 58 СИД включает запоминающее устройство для данных для хранения оперативной информации, например измеренного оптического потока для СИД источников 80 света, начальных установочных параметров, измеренных рабочих параметров, предельных рабочих параметров и т.п. Специалистам в данной области техники будет понятно, что контроллер 58 СИД может быть одной интегральной схемой или несколькими в рабочем положении соединенными интегральными схемами, обеспечивающими выполнение необходимых функций. Например, контроллер 58 СИД может быть единственной интегральной схемой, включающей микропроцессор со встроенной памятью, или может быть двумя интегральными схемами, одна из которых включает микропроцессор, а другая включает запоминающее устройство.

Цветовой выход каждого СИД источника 80 может быть подобран для получения светового выхода от СИД лампы 30, необходимого для конкретной цели. В одном варианте осуществления изобретения СИД источники являются "красно-зелено-сине-янтарными". В другом варианте осуществления изобретения СИД источники являются "красно-зелено-сине-белыми". В одном варианте осуществления изобретения СИД источники 80, генерирующие зеленый и синий свет, могут быть в одном СИД канале 60, и СИД источники 80, генерирующие янтарный и красный свет, могут быть в другом СИД канале 60.

Микроконтроллер 40 принимает команды 42, вводимые пользователем, такие как командные сигналы цветности, командные сигналы тусклого света и т.п. Микроконтроллер 40 может также принимать сигналы 44 обратной связи для микроконтроллера, такие как сигналы температурного датчика, сигналы светочувствительного датчика и т.п., как необходимо для конкретного варианта применения. В одном варианте осуществления изобретения сигналы 44 обратной связи генерируются специализированной интегральной схемой 50 гистерезисного управления на основе сигналов 52 управления обратной связи, таких как сигналы температурного датчика, сигналы светочувствительного датчика и т.п., как необходимо для конкретного варианта применения. Микроконтроллер 40 генерирует разрешающий сигнал 46 стороны высокого напряжения и широтномодулированный сигнал 48 стороны низкого напряжения, которые поступают в специализированную интегральную схему 50 гистерезисного управления в ответ на команды, вводимые пользователем 42, и, возможно, сигналы 44 обратной связи для микроконтроллера.

Специализированная интегральная схема 50 гистерезисного управления также принимает сигналы 54 обратной связи по току, которые указывают на ток в каждом из СИД каналов 60, и, реагируя на сигналы 54 обратной связи по току, регулирует сигналы 63 управления переключателем каналов. Специализированная интегральная схема 50 гистерезисного управления генерирует сигналы 63 управления переключателем каналов и сигналы 69 управления шунтовым переключателем в ответ на разрешающие сигналы 46 стороны высокого напряжения, широтномодулированные сигналы 48 стороны низкого напряжения, сигналы 54 обратной связи по току и, возможно, сигналы 52 управления обратной связи.

В ходе работы пользователь выдает команды 42, вводимые пользователем, микроконтроллеру 40, который генерирует разрешающие сигналы 46 стороны высокого напряжения и широтномодулированные сигналы 48 стороны низкого напряжения. Специализированная интегральная схема 50 гистерезисного управления принимает разрешающие сигналы 46 стороны высокого напряжения и широтномодулированные сигналы 48 стороны низкого напряжения и генерирует сигналы 63 управления переключателем каналов и сигналы 69 управления шунтовым переключателем. Контроллер 58 СИД может осуществлять способ управления электропитанием светодиодов, как описано в связи с Фиг.2 ниже, при генерировании сигналов 63 управления переключателем каналов и сигналов 69 управления шунтовым переключателем. Как показано на Фиг.1, сигнал 63 управления переключателем каналов выдается каждому из переключателей 62 каналов для управления током в СИД канале 60, и сигнал 69 управления шунтовым переключателем выдается каждому из шунтовых переключателей 68 для управления световым выходом связанного с ним СИД источника. В одном варианте осуществления изобретения специализированная интегральная схема 50 гистерезисного управления принимает и реагирует на сигналы 54 обратной связи по току от СИД каналов 60. В другом варианте осуществления изобретения специализированная интегральная схема 50 гистерезисного управления принимает и реагирует на сигналы 52 управления обратной связи от температурного и/или одного или более светочувствительных датчиков (не показаны). Специалистам в данной области техники будет понятно, что контроллер 58 СИД может принимать управляющие сигналы системы, как необходимо для конкретного варианта применения системы освещения. Управляющие сигналы системы могут генерироваться проводными схемами управления и/или в соответствии с ними, например, такими как протокол DALI, протокол DMX и т.п., или в соответствии с беспроводными схемами управления, такими как протокол Zigbee и т.п. В одном варианте осуществления изобретения контроллер 58 СИД может передавать управляющие сигналы системы другим лампам в системе освещения для того, чтобы лампы произвели такие же изменения, как исходная лампа. Например, контроллер 58 СИД может передавать управляющий сигнал системы, выдающий команду другим лампам в помещении изменить цветовой выход света для согласования изменений цвета с исходной лампой, как может требоваться для снижения потери мощности в исходной лампе.

На Фиг.2 показана блок-схема последовательности операций способа управления электропитанием СИД лампы, соответствующего настоящему изобретению. СИД лампа имеет несколько СИД каналов, каждый из которых имеет переключатель каналов, расположенный последовательно с несколькими СИД схемами. Каждая из СИД схем имеет шунтовой переключатель, расположенный параллельно СИД источнику света. В одном варианте осуществления изобретения СИД лампа представляет собой лампу с двухканальной схемой и двумя СИД схемами, как показано на Фиг.1. В другом варианте осуществления изобретения СИД лампа представляет собой лампу с четырехканальной схемой и одной СИД схемой, как показано на Фиг.3.

Как показано на Фиг.2, осуществление способа 200 начинается в пункте 201 и включает задание 202 установочных параметров СИД лампы для СИД лампы, вычисление 204 долей силы света для каждого из СИД источников света на основе установочных параметров СИД лампы, вычисление 206 рабочих циклов для шунтовых переключателей на основе долей силы света и вычисление 208 потери (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы на основе рабочих циклов. Потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы составляет потерю мощности в электронных схемах СИД лампы и не включает потерю мощности в СИД источниках.

Способ 200 продолжается определением 210 того, является ли потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы. Когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы не является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы, определяется, является ли мощность (P_main) переключателя каналов меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя. Когда мощность (P_main) переключателя каналов не является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя, мощность (P_main) переключателя каналов снижают 214, и способ 200 может продолжаться вычислением 204 обновленных долей силы света. Когда мощность (P_main) переключателя каналов является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя, мощность (P_bypass) шунтового переключателя снижают 216, и способ 200 может продолжаться вычислением 204 обновленных долей силы света.

Когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы, нормальная работа может продолжаться 218. В одном варианте осуществления изобретения температура СИД лампы может контролироваться для определения, является ли измеренная температура (T_meas) меньшей, чем температурный предел (T_lim) 220. Когда измеренная температура (T_meas) не является меньшей, чем температурный предел (T_lim), команда снижения яркости света может регулироваться для уменьшения светового выхода СИД лампы 221, и способ 200 может продолжаться вычислением обновленных долей силы света для притушенной СИД лампы 204. Специалистам в данной области техники будет понятно, что измеренную температуру (T_meas) можно также понижать посредством изменения индекса цветопередачи и/или цветовой температуры, как необходимо для конкретного варианта применения. Когда измеренная температура (T_meas) является меньшей, чем температурный предел (T_lim), нормальная работа может продолжаться 218. В одном варианте осуществления изобретения способ 200 может продолжаться контролем 222 изменений вводимых пользователем команд. Когда есть изменения вводимых пользователем команд, способ 200 может продолжаться вычислением 204 обновленных долей силы света для новых вводимых пользователем команд. Когда изменений вводимых пользователем команд нет, нормальная работа может продолжаться 218. Специалистам в данной области техники будет понятно, что контроль 220 температуры и/или контроль 222 вводимых пользователем команд может быть исключен, как необходимо для конкретного варианта применения. Дополнительные рабочие параметры, такие как цвета индивидуального светодиода, цвет света СИД лампы, качество света СИД лампы и т.п., могут контролироваться как необходимо.

Задание 202 установочных параметров СИД лампы для СИД лампы может включать задание установочных параметров СИД лампы, таких как задание цвета, задание приглушенности света и т.п. Начальные величины могут быть заданы изготовителем, проектировщиком освещения или могут быть сохраненными пользовательскими установками от предыдущего использования.

Вычисление 208 потерь (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы на основе рабочих циклов может включать вычисление индивидуальных потерь мощности для переключателей каналов, шунтовых переключателей и т.п. и суммирование индивидуальных потерь мощности для вычисления суммарной потери (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы.

Уменьшение 214 мощности (P_main) переключателя каналов может включать действия по уменьшению тока СИД канала в одном или более СИД каналов для снижения яркости СИД лампы и/или расширения гистерезисного окна одного или более СИД каналов для уменьшения частоты переключений переключателей каналов. Расширение гистерезисного окна сохраняет прежний средний ток через СИД источники при более низкой частоте. Однако это может вызвать незначительный цветовой сдвиг, так как форма волны при пониженной частоте может отличаться от формы волны, использованной при калибровке СИД лампы. Специалистам в данной области техники будет понятно, что величина уменьшения мощности (P_main) переключателя каналов может быть выбрана как необходимо для конкретного варианта применения.

Действия, предпринимаемые для уменьшения мощности (P_main) переключателя каналов, могут быть предприняты в разном порядке и разной степени. Затемнение посредством уменьшения тока СИД канала и расширения гистерезисного окна может использоваться отдельно или в комбинации, как необходимо для конкретного варианта применения. В одном варианте осуществления изобретения проектировщик освещения может задать предпочтительный порядок действий, то есть, что будет выполнено первым: уменьшение тока СИД канала в одном или более СИД каналов или расширение гистерезисного окна. В другом варианте осуществления изобретения предпочтительный порядок действий задан изготовителем. В другом варианте осуществления изобретения первое действие может продолжаться, пока не будет достигнут первый предел, затем может быть выполнено второе действие, пока не будет достигнут второй предел, и тогда первое действие может быть выполнено снова. Например, ток СИД канала можно уменьшать, пока световой выход не будет ниже первого предела, затем гистерезисное окно можно расширять, пока цвет не достигнет второго предела, и затем ток СИД канала может быть дополнительно уменьшен. Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные подходы могут не быть пригодными для конкретного варианта применения. Например, снижение яркости СИД лампы может быть нежелательным, когда требуется минимальный световой поток, и СИД лампа уже работает на минимальном уровне. В другом примере расширение гистерезисного окна может быть нежелательным, когда требуется постоянный цвет света.

Уменьшение 216 мощности (P_bypass) шунтового переключателя может включать уменьшение тока СИД канала в одном или более СИД каналов для уменьшения яркости СИД лампы, изменения цвета света для выравнивания рабочих циклов СИД источников света в одном или более СИД каналов и/или изменения индекса цветопередачи для выравнивания рабочих циклов СИД источников света в одном или более СИД каналов. Изменение цвета света для выравнивания рабочих циклов СИД источников света в каждом СИД канале позволяет уменьшать ток в СИД каналах для максимизации рабочих циклов СИД источников света в каждом канале. Изменение индекса цветопередачи для выравнивания рабочих циклов СИД источников света в каждом СИД канале позволяет уменьшать ток в СИД каналах для максимизации рабочих циклов СИД источников света в каждом СИД канале при сохранении точки и интенсивности цвета для СИД лампы. Специалистам в данной области техники будет понятно, что величина уменьшения мощности (P_bypass) шунтового переключателя может быть выбрана как необходимо для конкретного варианта применения.

Действия, предпринимаемые для уменьшения мощности (P_bypass) шунтового переключателя, могут быть предприняты в различном порядке и разной степени. Затемнение посредством уменьшения тока СИД канала, уменьшение частоты переключений, изменение цвета света и/или изменение индекса цветопередачи могут использоваться отдельно или в комбинации, как необходимо для конкретного варианта применения. В одном варианте осуществления изобретения проектировщик освещения может задавать предпочтительный порядок действий, то есть выполнение первым уменьшения тока СИД канала, уменьшения частоты переключений, изменения цвета света или изменения индекса цветопередачи. В другом варианте осуществления изобретения предпочтительный порядок действий задан изготовителем. В другом варианте осуществления изобретения может выполняться первое действие, пока не будет достигнут первый предел, затем может выполняться второе действие, пока не будет достигнут второй предел, и затем первое действие может быть выполнено снова. Например, ток СИД канала можно уменьшать, пока световой выход не будет ниже первого предела, затем можно изменять цвет света, пока цвет не достигнет второго предела, и затем может быть дополнительно уменьшен ток СИД канала. Различные действия могут быть выполнены в любом порядке и в любой необходимой степени. Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные подходы могут не быть пригодными для конкретного варианта применения. Например, уменьшение яркости СИД лампы может быть нежелательным, когда требуется минимальный световой поток, а СИД лампа уже работает на минимальном уровне. В другом примере изменение цвета света может быть нежелательным, когда требуется постоянный цвет света. В другом примере изменение индекса цветопередачи может быть нежелательным, когда требуется определенное отображение цвета.

В ходе нормальной работы 218, когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы, могут контролироваться входные команды пользователя и рабочие параметры СИД лампы. Контроль 220 измеренной температуры (T_meas) СИД лампы для определения того, что измеренная температура (T_meas) является меньшей, чем температурный предел (T_lim), может включать контроль измеренной температуры (T_meas) СИД лампы при помощи температурного датчика, такого как термистор, терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, термопара и т.п., имеющего тепловой контакт с СИД лампой. Измеренная температура (T_meas) может составлять потерю мощности в электронных схемах СИД лампы и/или потерю мощности в СИД источниках в зависимости от местоположения температурного датчика и теплового контакта. В другом варианте осуществления изобретения контроль измеренной температуры (T_meas) СИД лампы может включать оценку измеренной температуры (T_meas) на основе операционных параметров микроконтроллером. Регулирование команды 221 уменьшения яркости, когда измеренная температура (T_meas) не является меньшей, чем температурный предел (P_lim), может включать регулирование команды уменьшения яркости пропорционально величине, на которую измеренная температура (T_meas) превышает температурный предел (T_lim), заданный для регулятора силы света СИД лампы. Контроль 222 изменений вводимых пользователем команд может включать контроль таких изменений вводимых пользователем команд, как изменения команд цветности, команд уменьшения силы цвета и т.п. для новых установочных параметров СИД лампы. Доли силы света могут быть вычислены 204 для установочных параметров сниженной яркости СИД лампы для получения более низкой температуры и/или для новых входных команд пользователя для новых установочных параметров СИД лампы.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что рабочие параметры СИД лампы также могут контролироваться, когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы больше или равна пределу (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы, как необходимо для конкретного варианта применения. Например, корректирующие меры 214 для уменьшения мощности (P_main) переключателя каналов или уменьшения 216 мощности (P_bypass) шунтового переключателя могут быть недостаточными для обеспечения того, что потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы. Измеренная температура (T_meas) СИД лампы может контролироваться, и команда тусклого света регулируется, когда измеренная температура (T_meas) не является меньшей, чем температурный предел (T_lim), и когда корректирующие меры недостаточны для уменьшения потери (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы ниже предела (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы. В одном варианте осуществления изобретения могут контролироваться рабочие параметры СИД лампы, когда микроконтроллер определяет, что корректирующие меры недостаточны. В другом варианте осуществления изобретения могут контролироваться рабочие параметры СИД лампы, когда корректирующие меры для уменьшения 214 мощности (P_main) переключателя каналов и/или уменьшения 216 мощности (P_bypass) шунтового переключателя были выполнены заданное количество раз без уменьшения потерь (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы ниже предела (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы.

На Фиг.3, на которой подобные элементы имеют такие же ссылочные позиции, как и на Фиг.1, показана принципиальная схема другого варианта осуществления системы управления электропитанием СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению. В этом примере СИД лампа представляет собой лампу с четырехканальной схемой и одной СИД схемой, то есть СИД лампа имеет четыре СИД канала с одной шунтированной СИД схемой на СИД канал. Во всех СИД каналах могут быть расположены СИД источники разных цветов таким образом, что током можно осуществлять управление для каждого из цветов светодиодов. Потери мощности на шунтовые переключения могут быть минимизированы, поскольку ток СИД канала может быть выключен переключателем каналов для СИД канала, когда определенный цвет не требуется.

СИД лампа 30 с использованием системы управления электропитанием включает контроллер 58 СИД, имеющий микроконтроллер 40, в рабочем положении соединенный со специализированной интегральной схемой 50 гистерезисного управления, управляющей электропитанием четырех СИД каналов 60. Каждый СИД канал 60 имеет переключатель 62 каналов и СИД схему 64, соединенные последовательно между напряжением и общим проводником. Каждый переключатель 62 каналов принимает сигнал 63 управления переключателем каналов от специализированной интегральной схемы 50 гистерезисного управления для управления током СИД канала 60. В этом примере каждая СИД схема 64 включает диод 67, расположенный параллельно катушке 66 индуктивности, расположенной последовательно с шунтовым переключателем 68. Каждый шунтовой переключатель 68 принимает сигнал 69 управления шунтовым переключателем от специализированной интегральной схемы 50 гистерезисного управления и соединен параллельно СИД источнику 80. Шунтовой переключатель 68 замыкает накоротко ток канала вокруг связанного с ним СИД источника для управления световым выходом связанного с ним СИД источника. В этом примере основная электронная топология представляет собой гистерезисный вольтодобавочный преобразователь. Катушка 66 индуктивности для каждого СИД канала 60 может иметь размер для обеспечения желательной частоты переключений для конкретного светодиода 60 в этом СИД канале 60. В одном варианте осуществления изобретения СИД источники 80 в каждом из СИД каналов 60 могут генерировать свет различных цветов.

В ходе работы пользователь выдает входные команды 42 пользователя микроконтроллеру 40, который генерирует разрешающие сигналы 46 стороны высокого напряжения и широтномодулированные сигналы 48 стороны низкого напряжения. Специализированная интегральная схема 50 гистерезисного управления принимает разрешающие сигналы 46 стороны высокого напряжения и широтномодулированные сигналы 48 стороны низкого напряжения и генерирует сигналы 63 управления переключателем каналов и сигналы 69 управления шунтовым переключателем. Контроллер 58 СИД может осуществлять способ управления электропитанием светодиодов, как описано в связи с Фиг.2 выше, для генерирования сигналов 63 управления переключателем каналов и сигналов 69 управления шунтовым переключателем. Как показано на Фиг.3, сигнал 63 управления переключателем каналов поступает к каждому из переключателей 62 каналов для управления током в СИД канале 60, и сигнал 69 управления шунтовым переключателем поступает к каждому из шунтовых переключателей 68 для управления световым выходом связанного с ним светодиода.

В одном варианте осуществления изобретения катушка 66 индуктивности для каждого СИД канала 60 включает две или больше катушек индуктивности, причем одна из катушек индуктивности имеет размер для насыщения при сильном токе. Ток является сильным в ходе нормальной работы при проектном рабочем режиме, генерируя белый свет с оптимальным цветом и индексом цветопередачи, таким образом, что одна катушка индуктивности в каждом СИД канале 60 нормально насыщается. Когда ток в СИД канале 60 слабый, например, при работе с цветом и/или индексом цветопередачи, отличающимися от проектного рабочего режима, одна насыщенная катушка индуктивности в каждом СИД канале 60 становится ненасыщенной. Это увеличивает полную индуктивность катушки 66 индуктивности и снижает частоты переключений для СИД канала 60. Две или больше катушек 66 индуктивности для каждого СИД канала 60 могут быть отобраны таким образом, что гистерезисное окно может быть выбрано для постоянного процентного отношения уровня тока СИД канала 60 при сохранении частоты переключений в приемлемом диапазоне. Например, если ток снижен с коэффициентом 10, и все же желательно поддерживать гистерезисное окно на уровне 10% среднего тока, частота переключений должна быть повышена с коэффициентом 10, если не используются насыщаемые катушки индуктивности. Однако благодаря использованию насыщаемой катушки индуктивности с девятикратной величиной относительно ненасыщенной катушки индуктивности, полная индуктивность будет увеличиваться до 10-кратной относительно первоначальной величины при низких уровнях тока (когда катушка индуктивности становится ненасыщенной). Это допускает неизменность частоты переключений, как необходимо.

Хотя описанные здесь варианты осуществления изобретения рассматриваются как предпочтительные в настоящее время, в них могут быть внесены различные изменения и модификации без отхода от объема изобретения. Объем изобретения обозначен в прилагаемой формуле изобретения, и все изменения, которые входят в пределы значения и рамок эквивалентов, предполагаются охваченными ей.

Изобретение относится к области светотехники. Система управления электропитанием СИД лампы содержит контроллер (58) СИД; множество СИД каналов (60), в рабочем положении соединенных с контроллером (58) СИД, причем каждый из множества СИД каналов (60) имеет переключатель (62) каналов, расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой (83), причем шунтированная СИД схема (83) имеет шунтовой переключатель (68), расположенный параллельно с СИД источником (80). Контроллер (58) СИД снижает потерю мощности в одном из переключателя (62) каналов и шунтового переключателя (68), когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы превышает предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы; и каждый из переключателей (62) каналов принимает сигнал (63) управления переключателем каналов от контроллера (58) СИД, и каждый из шунтовых переключателей (68) принимает сигнал (69) управления шунтовым переключателем от контроллера (58) СИД. Описаны также варианты способа управления электропитанием СИД лампы. Технический результат - повышение эффективности генерирования света. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СИД лампа, содержащая:
контроллер (58) СИД;
множество СИД каналов (60), в рабочем положении соединенных с контроллером (58) СИД, причем каждый из множества СИД каналов (60) имеет переключатель (62) каналов, расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой (83), причем шунтированная СИД схема (83) имеет шунтовой переключатель (68), расположенный параллельно СИД источнику (80);
в которой контроллер (58) СИД снижает потерю мощности в одном из переключателя (62) каналов и шунтового переключателя (68), когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы превышает предел (Р_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы.

2. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД содержит микроконтроллер (40), в рабочем положении соединенный со специализированной интегральной схемой (50) гистерезисного управления.

3. СИД лампа по п.1, в которой каждый из СИД источников (80) генерируют свет разных цветов.

4. СИД лампа по п.1, в которой каждый из множества СИД каналов (60) также содержит катушку (66) индуктивности и сопротивление (81), расположенные последовательно с шунтированной СИД схемой (83), и диод (67), расположенный параллельно с катушкой (66) индуктивности, сопротивлением (81) и шунтированной СИД схемой (83).

5. СИД лампа по п.4, в которой катушка (66) индуктивности в каждом из множества СИД каналов (60) представляет собой множество катушек индуктивности, расположенных последовательно, причем, по меньшей мере, одна из множества катушек индуктивности имеет размер для насыщения в ходе нормальной работы в расчетном эксплуатационном режиме.

6. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД реагирует на команды (42), вводимые пользователем, выбранные из группы, состоящей из сигналов управления цветностью и сигналов управления снижением яркости.

7. СИД лампа по п.1, в которой каждый переключатель (62) каналов принимает сигнал (63) управления переключателем каналов от контроллера (58) СИД, и контроллер (58) СИД реагирует на сигналы (54) обратной связи по току от каждого из множества СИД каналов (60) для регулирования сигналов (63) управления переключателем каналов.

8. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД реагирует на сигналы (52) управления обратной связи, выбранные из группы, состоящей из сигналов температурного датчика и сигналов светочувствительного датчика.

9. СИД лампа по п.1, в которой множество СИД каналов (60) содержит первый СИД канал, имеющий первую шунтированную СИД схему и вторую шунтированную СИД схему, и второй СИД канал, имеющий третью шунтированную СИД схему и четвертую шунтированную СИД схему.

10. СИД лампа по п.1, в которой множество СИД каналов (60) содержит первый СИД канал, имеющий первую шунтированную СИД схему, второй СИД канал, имеющий вторую шунтированную СИД схему, третий СИД канал, имеющий третью шунтированную СИД схему, и четвертый СИД канал, имеющий четвертую шунтированную СИД схему.

11. Способ управления электропитанием СИД лампы, содержащий:
получение СИД лампы, имеющей множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет переключатель каналов, расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой, причем шунтированная СИД схема имеет шунтовой переключатель, расположенный параллельно СИД источнику;
задание установочных параметров СИД лампы для СИД лампы (202);
вычисление долей силы света для каждого из СИД источников света на основе установочных параметров (204) СИД лампы;
вычисление рабочих циклов для шунтовых переключателей на основе долей (206) силы света;
вычисление потерь (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы на основе рабочих циклов (208);
определение того, является ли потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы (210);
определение того, является ли мощность (P_main) переключателя каналов для переключателей каналов меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя для шунтовых переключателей, когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы не является меньшей, чем предел (Р_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы;
уменьшение (214) мощности (P_main) переключателя каналов, когда мощность (P_main) переключателя каналов не является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя; и
уменьшение (216) мощности (P_bypass) шунтового переключателя, когда мощность (P_main) переключателя каналов является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя.

12. Способ по п.11, в котором уменьшение (214) мощности (P_main) переключателя каналов содержит выполнение действия для, по меньшей мере, одного из множества СИД каналов, выбранного из группы, состоящей из уменьшения тока СИД канала и расширения гистерезисного окна.

13. Способ по п.11, в котором уменьшение (214) мощности (P_main) переключателя каналов содержит выполнение действий в порядке, выбранном из группы, состоящей из предпочтительного порядка, определенного проектировщиком освещения, и заданного порядка, определенного изготовителем.

14. Способ по п.11, в котором уменьшение (214) мощности (P_main) переключателя каналов содержит выполнение первого действия, пока не будет достигнут первый предел, и затем выполнение второго действия.

15. Способ по п.11, в котором уменьшение (216) мощности (P_bypass) шунтового переключателя содержит выполнение действия для, по меньшей мере, одного из множества СИД каналов, выбранного из группы, состоящей из уменьшения тока СИД канала, изменения цвета света и изменения индекса цветопередачи.

16. Способ по п.11, в котором уменьшение (216) мощности (P_bypass) шунтового переключателя содержит выполнение действий в порядке, выбранном из группы, состоящей из предпочтительного порядка, определенного проектировщиком освещения, и заданного порядка, определенного изготовителем.

17. Способ по п.11, в котором уменьшение (216) мощности (P_bypass) шунтового переключателя содержит выполнение первого действия, пока не достигнут первый предел, и затем выполнение второго действия.

18. Способ по п.11, также содержащий:
определение (220), является ли измеренная температура (T_meas) СИД лампы меньшей, чем температурный предел (T_lim); и
регулирование команды уменьшения яркости для СИД лампы, когда измеренная температура (T_meas) не является меньшей, чем температурный предел (Т_lim) (220).

19. Способ по п.11, также содержащий контроль изменений (222) команд, вводимых пользователем.

20. Способ по п.19, также содержащий передачу управляющих сигналов системы к другим лампам в системе освещения, когда обнаружены изменения, вводимые пользователем.

21. Система управления электропитанием СИД лампы, содержащая:
СИД лампу, имеющую множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет переключатель каналов, расположенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтированной СИД схемой, причем шунтированная СИД схема имеет шунтовой переключатель, соединенный параллельно СИД источнику света;
средства для задания установочных параметров для СИД лампы;
средства для вычисления долей силы света для каждого из СИД источников света на основе установочных параметров для СИД лампы;
средства для вычисления рабочих циклов для шунтовых переключателей на основе долей силы света;
средства для вычисления потери (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы для СИД лампы на основе рабочих циклов;
средства для определения того, является ли потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы;
средства для определения того, является ли мощность (P_main) переключателя каналов для переключателей каналов меньше, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя для шунтовых переключателей, когда потеря (P_loss) мощности в электронных схемах СИД лампы не является меньшей, чем предел (P_lim) потери мощности в электронных схемах СИД лампы;
средства для уменьшения мощности (P_main) переключателя каналов, когда мощность (P_main) переключателя каналов не является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя; и
средства для уменьшения мощности (P_bypass) шунтового переключателя, когда мощность (P_main) переключателя каналов является меньшей, чем мощность (P_bypass) шунтового переключателя.