СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА СЕТЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2014 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в основном направлено на соответствующие изобретению способы и устройства для кодирования информации на сетевом напряжении переменного тока. Более конкретно, раскрытые здесь разнообразные соответствующие изобретению способы и устройства относятся к управлению осветительными устройствами посредством кодированного силового сигнала переменного тока.

Уровень техники

В разнообразных вариантах применения осветительных устройств часто желательно регулировать интенсивность света, генерируемого одним или более источниками света. Типично это выполняют с помощью управляемого пользователем устройства, обычно называемого как «диммер» («светорегулятор»), который регулирует мощность, подводимую к источнику(ам) света. Известны многочисленные типы общеупотребительных диммеров, которые позволяют пользователю корректировать светоотдачу одного или более источников света с помощью некоторого типа пользовательского интерфейса (например, поворотом ручки, сдвиганием движка и т.д., часто смонтированных на стене рядом с областью, в которой желательно регулировать уровень освещенности). Пользовательский интерфейс некоторых диммеров также может быть оснащен механизмом переключения/регулирования, который позволяет мгновенно выключать или включать один или более источников света, а также постепенно варьировать их светоотдачу, когда они включены.

Многие осветительные системы для общего внутреннего или наружного освещения часто имеют питание от источника переменного тока («АС»), традиционно называемого как «сетевое напряжение» (например, 120 Вольт RMS (среднеквадратичного действующего напряжения) с частотой 60 Гц, 220 Вольт RMS с частотой 50 Гц). Диммер переменного тока (AC) типично получает сетевое напряжение переменного тока как входную мощность, и некоторые общеупотребительные диммеры выдают выходной сигнал переменного тока, имеющий один или несколько переменных параметров, которые обеспечивают эффект регулирования среднего напряжения выходного сигнала (и тем самым способность выходного сигнала переменного тока подводить мощность) в ответ на приведение диммера в действие пользователем. Этот выходной сигнал диммера в общем подают, например, на один или более источников света, которые смонтированы в обычных патронах или электрической арматуре, соединенных с выходом диммера (такие патроны или детали арматуры иногда называют как «контур диммера»).

Традиционные диммеры переменного тока могут быть конфигурированы для регулирования мощности, подаваемой на один или более источников света, несколькими различными способами. Например, регулирование через пользовательский интерфейс может побуждать диммер повышать или понижать амплитуду напряжения выходного сигнала диммера переменного тока. В других конфигурациях регулирование через пользовательский интерфейс может побуждать диммер корректировать рабочий цикл выходного сигнала диммера переменного тока (например, «срезанием» частей циклов напряжения переменного тока). Этот способ иногда называют «фазовой модуляцией» (основанной на регулировании фазового угла выходного сигнала). Возможно, в наиболее широко применяемых диммерах этого типа используется TRIAC-устройство (симистор), которое селективно действует для регулирования рабочего цикла (то есть модулирования фазового угла) выходного сигнала диммера путем срезания восходящей части синусоидальных волн напряжения переменного тока (то есть после перехода через нуль и до достижения пикового значения). В других типах диммеров, которые регулируют рабочие циклы, могут использоваться GTO-тиристоры (запирающие) или IGBT-транзисторы (биполярные транзисторы с изолированным затвором), которые селективно действуют для срезания нисходящих частей синусоидальных волн напряжения переменного тока (то есть после достижения пикового значения и до перехода через нуль).

Фиг.1 в общем иллюстрирует некоторые распространенные варианты исполнения диммеров переменного тока. В частности, Фиг.1 показывает пример формы 302 волны напряжения переменного тока (например, представляющую стандартное сетевое напряжение), который может питать один или более общеупотребительных источников света. Фиг.1 также показывает обобщенный диммер 304 переменного тока, управляемый пользовательским интерфейсом 305. В первом варианте исполнения, обсуждаемом выше, диммер 304 конфигурирован для выдачи выходной волны с формой 308, в которой через пользовательский интерфейс 305 может быть скорректирована амплитуда 307 выходного сигнала диммера. Во втором обсуждаемом выше варианте исполнения диммер 304 конфигурирован для выходного сигнала с формой 309 волны, в которой через пользовательский интерфейс 305 может быть скорректирован рабочий цикл 306 с формой 309 волны.

Оба вышеуказанных способа обеспечивают эффект регулирования средней мощности, подводимой к источнику(ам) света, которая, в свою очередь, корректирует интенсивность света, генерируемого источником(ами). Лампы накаливания как источники света в особенности хорошо пригодны для этого режима работы, поскольку они излучают свет, когда через нить накала проходит электрический ток в любом направлении; когда регулируют действующее напряжение сигнала переменного тока, подведенного к источнику(ам) (например, либо регулированием амплитуды напряжения, либо рабочего цикла), также изменяется мощность, подводимая к источнику света, и соответственно изменяется светоотдача. Что касается способа корректирования рабочего цикла, то нить лампы накаливания как источника света имеет тепловую инерцию и не прекращает излучать свет полностью во время коротких периодов прерывания напряжения. Соответственно этому, генерируемый свет, как воспринимаемый глазом человека, не кажется мерцающим, когда напряжение «срезается», но, скорее, представляется изменяющимся постепенно.

Другие типы распространенных диммеров выдают аналоговый сигнал с напряжением 0-10 Вольт как выходной сигнал, в которых напряжение выходного сигнала пропорционально желательному уровню димминга (уменьшения силы света). При работе такие диммеры типично дают 0% затемнения (то есть светоотдача «полностью включена»), когда выходное напряжение диммера составляет 10 Вольт, и 100%-ное затемнение (то есть светоотдача «отключена»), когда напряжение выходного сигнала диммера составляет 0 Вольт. В одном аспекте эти диммеры могут быть конфигурированы для формирования различных линейных или нелинейных кривых выходного напряжения (то есть взаимозависимости между выходным напряжением и уровнем димминга).

Еще другие типы общеупотребительных диммеров, такие как диммеры, в которых используют DMX512-протокол как стандарт управления освещением, в котором пакеты данных могут быть переданы на одно или более осветительных устройств по одному или более кабелям данных (например, DMX512-кабелю). DMX512-данные посылают с использованием уровней напряжения согласно стандарту RS-485 и кабельных разводок типа «шлейфовой структуры». В типичном DMX512-протоколе данные передаются сериями по 250 кбит/сек и группируются в пакеты вплоть до 513 байтов, называемые «фреймами». Первый байт всегда представляет собой байт «старт-код», который сообщает присоединенным осветительным устройствам, какой тип данных прислан. Например, для традиционных диммеров в качестве старт-кода типично используют нуль.

Еще другие типы общеупотребительных диммеров выдают разнообразные типы цифровых сигналов, соответствующих желательному уровню димминга. Например, в некоторых традиционных диммерах может быть использован либо DSI-протокол (цифровой последовательный интерфейс), либо DALI-протокол (цифровой адресный интерфейс освещения). Будучи сконфигурированным как DALI-контроллер, диммер может адресовать и настраивать статус димминга каждого осветительного прибора в DALI-сети. Это может быть выполнено индивидуальным адресованием осветительных приборов в сети или рассылкой цифрового сообщения многочисленным осветительным устройствам для регулирования их световых характеристик.

Цифровые технологии освещения, то есть освещения, основанного на полупроводниковых источниках света, таких как светоизлучающие диоды (“LED”, светодиоды), создают продуктивную альтернативу традиционным флуоресцентным лампам, разрядным лампам высокой интенсивности (HID) и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды светодиодов включают высокий коэффициент преобразования энергии и оптическую эффективность, долговечность, низкие эксплуатационные затраты и многое другое. Недавние достижения в LED-технологии привели к появлению эффективных и надежных полноспектральных источников света, которые обеспечивают возможность варьирования световых эффектов во многих вариантах применения. Некоторые приборы, в которых применяются эти источники, скомпонованы в форме осветительных модулей, включающих один или более светодиодов, способных давать свет разных цветов, например, красного, зеленого и синего, а также процессор для независимого регулирования выходной мощности светодиодов, чтобы генерировать множество цветов и световых эффектов с изменением цвета, например, как подробно обсуждается в Патентах США №№ 6016038 и 6211626, включенных здесь ссылкой. Кроме того, некоторые способы подведения электроэнергии к устройствам от источника переменного тока и упрощения использования источников света на основе светодиодов в цепях переменного тока, которые выдают сигналы, иные, нежели стандартные сетевые напряжения, раскрыты в Патенте США № 7038399, который также включен здесь ссылкой.

Таким образом, существует потребность в технологии, позволяющей эффективно кодировать информацией, касающейся одного или более параметров света, излучаемого, например, осветительным(и) устройством(и) на основе светодиодов, сетевого напряжения переменного тока, тем самым создавая кодированный сигнал для управления и питания осветительного(ых) устройства(ств).

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на соответствующие изобретению способы и устройства для кодирования информации на сетевом напряжении переменного тока. Например, сетевое напряжение может быть кодировано для передачи контрольной информации, такой как информация о димминге, выведенная из выходного сигнала общеупотребительного диммера, чтобы выдать кодированный силовой сигнал переменного тока. В различных вариантах осуществления одно или более осветительных устройств, в том числе осветительных приборов на основе светодиодов, можно снабжать рабочим напряжением и управлять ими (например, затемнять) на основе кодированного силового электрического сигнала. В одном варианте исполнения информация может быть закодирована на сетевом напряжении переменного тока путем инвертирования некоторых полуциклов сетевого напряжения переменного тока для генерирования кодированного силового сигнала переменного тока, при отношении положительных полуциклов к отрицательным полуциклам, которое представляет закодированную информацию. Закодированная информация может относиться к одному или более параметрам света, излучаемого осветительным(и) устройством(ами) на основе светодиодов (например, интенсивности, цвету, цветовой температуре и т.д.).

Один вариант осуществления изобретения направлен на способ, включающий выведение информации о димминге из выходного сигнала диммера, кодирование сетевого напряжения переменного тока информацией о димминге так, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока, имеющий RMS-значение (среднеквадратичное действующее значение), по существу подобное сетевому напряжению переменного тока, и регулирование и подведение рабочего напряжения по меньшей мере на один источник света, основываясь, по меньшей мере отчасти, на кодированном силовом сигнале переменного тока.

Еще один вариант осуществления направлен на устройство, включающее первый вход для получения сетевого напряжения переменного тока, второй вход для получения выходного сигнала диммера, выход для генерирования кодированного силового сигнала переменного тока, и контроллер, соединенный с первым входом, вторым входом и выходом, для выведения информации о димминге из выходного сигнала диммера и кодирования сетевого напряжения переменного тока информацией о димминге так, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока.

Еще один вариант осуществления направлен на способ кодирования информации на сетевом напряжении переменного тока. Способ включает управлением многочисленными переключателями, подключенными к сетевому напряжению переменного тока, для инвертирования по меньшей мере некоторых полуциклов сетевого напряжения переменного тока таким образом, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока, в котором информация представляет отношение положительных полуциклов к отрицательным полуциклам кодированного силового сигнала переменного тока.

Еще один вариант осуществления направлен на устройство, включающее многочисленные переключатели, подключенные к сетевому напряжению переменного тока, и контроллер для получения информации и управления многочисленными переключателями, основываясь на полученной информации, чтобы инвертировать по меньшей мере некоторые полуциклы сетевого напряжения переменного тока так, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока, в котором информацию представляет отношение положительных полуциклов к отрицательным полуциклам кодированного сигнала.

Как используемый здесь для целей настоящего изобретения, термин «светодиод» (“LED”) следует понимать как включающий любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции носителей заряда/(p-n)-перехода, которые способны генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Так, термин «светодиод» (“LED”) включает, но не ограничивается таковыми, разнообразные структуры на полупроводниковой основе, которые излучают свет в ответ на электрический ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные панели и тому подобные. В частности, термин «светодиод» имеет отношение к светоизлучающим диодам всех типов (в том числе полупроводниковым и органическим светоизлучающим диодам), которые могут быть конфигурированы для генерирования излучения в одной или более из инфракрасной области спектра, ультрафиолетовой области спектра и различных частях видимой области спектра (в основном включающей излучение с длинами волн приблизительно от 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают, но не ограничиваются таковыми, разнообразные типы инфракрасных светодиодов, ультрафиолетовых светодиодов, красных светодиодов, синих светодиодов, зеленых светодиодов, желтых светодиодов, янтарных светодиодов, оранжевых светодиодов и белых светодиодов (дополнительно обсуждаемых ниже). Следует также иметь в виду, что светодиоды могут быть конфигурированными и/или управляемыми для генерирования излучения, имеющего различные значения ширины полосы (например, значения полной ширины кривой на уровне полумаксимума, или FWHM) для данного спектра (например, узкая полоса частот, широкая полоса частот), и многообразные доминантные длины волн внутри данной общей цветовой классификации.

Например, один вариант исполнения светодиода, конфигурированного для генерирования по существу белого света (например, белого светодиода), может включать ряд кристаллов, которые соответственно испускают различные спектры электролюминесценции, которые в сочетании смешиваются с образованием по существу белого света. В еще одном варианте исполнения светодиод белого света может быть связан с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличный от него второй спектр. В одном примере этого варианта исполнения электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и спектр с узкой полосой частот, «накачивает» кристаллический люминофор, который, в свою очередь, испускает излучение с большей длиной волны, имеющее несколько более широкий спектр.

Также следует понимать, что термин «светодиод» не ограничивает типа физической и/или электрической компоновки светодиода. Например, как обсуждается выше, светодиод может иметь отношение к одиночному светоизлучающему устройству, имеющему многочисленные кристаллы, которые конфигурированы для соответствующего испускания различных спектров излучения (например, которые могут быть или могут не быть управляемыми индивидуально). Кроме того, светодиод может быть связан с люминофором, который рассматривается как встроенная деталь светодиода (например, некоторые типы белых светодиодов). В общем, термин «светодиод» может иметь отношение к собранным в конструкцию светодиодам, разрозненным светодиодам, светодиодам с планарным монтажом, светодиодам по технологии “chip-on-board” («прямой монтаж на подложку»), “T-package” светодиодам, “radial package” светодиодам, высокомощным конструкциям светодиодов, светодиодам, включающим некоторые типы корпусных деталей и/или оптических элементов (например, рассеивающих линз), и т.д.

Термин «источник света» следует понимать как означающий любой один или более из многочисленных источников излучения, включающих, но не ограничивающихся таковыми, источники на основе светодиодов (в том числе один или более светодиодов, как определено выше), лампы накаливания как источники (например, лампы с нитью накала, галогенные лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцентные источники, высокоинтенсивные разрядные источники (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные газоразрядные лампы), лазеры, прочие типы электролюминесцентных источников, источники пирогенной природы (например, пламена), кандолюминесцентные источники (например, газокалильные сетки, источники на основе угольной дуги), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодолюминесцентные источники с использованием электронного насыщения, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные (лиолюминесцентные) источники, кинелюминесцентные (сцинтилляционные) источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Данный источник света может быть конфигурирован для генерирования электромагнитного излучения в пределах видимой области спектра, за пределами видимой области спектра или в комбинации обоих. Поэтому термины «свет» и «излучение» используются здесь взаимозаменяемо. Дополнительно, источник света может включать в качестве встроенного компонента один или более фильтров (например, цветовых фильтров), линзы или другие оптические компоненты. Кроме того, следует понимать, что источники света могут быть конфигурированы для разнообразных вариантов применения, включающих, но не ограничивающихся таковыми, индикацию, выведение изображения и/или освещение. «Источник освещения» представляет собой источник света, который конкретно конфигурирован для генерирования излучения, имеющего интенсивность, достаточную для эффективного освещения территории внутри или снаружи помещения. В этом контексте «достаточная интенсивность» имеет отношение к достаточной мощности излучения в видимой области спектра, генерируемого в пространство или в окружающую среду (единицу «люмен» часто используют для представления общей светоотдачи источника света по всем направлениям, в понятиях потока излучения или «светового потока»), для обеспечения общей освещенности (то есть света, который может быть воспринят опосредованно, и который может быть, например, отражен от одной или более из многочисленных промежуточных поверхностей, прежде чем будет воспринят целиком или частично).

Термин «спектр» следует понимать как имеющий отношение к любой одной или более частотам (или длинам волн) излучения, создаваемого одним или более источниками света. Соответственно этому, термин «спектр» обозначает частоты (или длины волн) не только в видимой области, но также частоты (или длины волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой и других областях всего электромагнитного спектра. Кроме того, данный спектр может иметь относительно узкую полосу частот (например, значение полной ширины кривой на уровне полумаксимума (FWHM), имеющее по существу немного частотных компонентов или длин волн), или относительно широкую полосу частот (несколько частотных компонентов или длин волн, имеющих различные относительные интенсивности). Следует также иметь в виду, что данный спектр может быть результатом наложения двух или более других спектров (например, смешением излучения, соответственно генерированного многочисленными источниками света).

Для целей настоящего изобретения термин «цвет» используется взаимозаменяемо с термином «спектр». Однако термин «цвет» в основном применяют для обозначения главным образом такого свойства излучения, которое может быть воспринято наблюдателем (хотя такое применение не предполагает ограничения области этого термина). Соответственно этому, термины «различные цвета» косвенно обозначают многочисленные спектры, имеющие различные составляющие их длины волн и/или значения ширины полосы частот. Также следует принимать во внимание, что термин «цвет» может быть использован в связи как с белым, так и небелым светом.

Термин «цветовая температура» в основном используют здесь в связи с белым светом, хотя такое применение не предполагает ограничения рамок этого термина. Цветовая температура по существу имеет отношение к конкретному цветосодержанию или оттенку (например, красноватому, синеватому) белого света. Цветовую температуру данного образца излучения традиционно характеризуют согласно температуре в градусах Кельвина (К) излучающего черного тела, которое излучает по существу такой же спектр, как обсуждаемый образец излучения. Цветовые температуры излучающего черного тела в основном находятся в диапазоне от приблизительно 700K (типично рассматриваемых как первые, видимые глазом человека) до более 10000K; белый свет в основном воспринимается при цветовых температурах выше 1500-2000K.

Более низкие цветовые температуры в общем соответствуют белому свету, имеющему более выраженный красный компонент или «более теплому по ощущению», тогда как более высокие цветовые температуры в общем соответствуют белому цвету, имеющему более значительный синий компонент или «более холодному по ощущению». В качестве примера, пламя имеет цветовую температуру приблизительно 1800K, общеупотребительная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848K, дневной свет ранним утром имеет цветовую температуру приблизительно 3000K, и затянутое облаками полуденное небо имеет цветовую температуру приблизительно 10000K. Цветное изображение, рассматриваемое при освещении белым светом, имеющим цветовую температуру приблизительно 3000K, имеет относительно красноватый оттенок, тогда как то же самое цветное изображение, рассматриваемое под белым светом, имеющим цветовую температуру приблизительно 10000K, имеет относительно голубоватый оттенок.

Термин «осветительная арматура» используют здесь для обозначения варианта исполнения или компоновки одного или более осветительных устройств с конкретными конструктивными параметрами, в компоновочном узле или модуле. Термин «осветительное устройство» используют здесь для обозначения прибора, включающего один или более источников света одного или разных типов. Данное осветительное устройство может иметь любую из многообразных монтажных компоновок для источника(ов) света, корпусных/арматурных конструкций и форм, и/или конфигураций электрических и механических соединений. Дополнительно, данное осветительное устройство необязательно может быть связано (например, включено, соединено и/или смонтировано вместе) с разнообразными прочими компонентами (например, схемой управления), имеющими отношение к работе источника(ов) света. Термин «осветительное устройство на основе светодиодов» имеет отношение к осветительному устройству, которое включает один или более источников света на основе светодиодов, как обсуждается выше, по отдельности или в сочетании с другими источниками света, не являющимися светодиодами. «Многоканальное» осветительное устройство имеет отношение к осветительному устройству на основе светодиодов, или не являющемуся светодиодом, которое включает по меньшей мере два источника света, конфигурированных для соответствующего генерирования различных спектров излучения, в котором спектр каждого из различных источников может быть назван как «канал» многоканального осветительного устройства.

Термин «контроллер» используют здесь в основном для описания различных устройств, имеющих отношение к работе одного или более источников света. Контроллер может быть исполнен разнообразными путями (например, таким, как в предписанном аппаратурном оформлении) для выполнения разнообразных функций, обсуждаемых здесь. «Процессор» представляет собой один пример контроллера, в котором используют один или более микропроцессоров, которые могут быть программированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения обсуждаемых здесь разнообразных функций. Контроллер может быть исполнен с применением процессора или без такового, и также может быть скомпонован как комбинация соответствующего оборудования для выполнения некоторых функций, и процессора (например, одного или более программированных микропроцессоров и связанной с ними электрической схемой) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются таковыми, общеупотребительные микропроцессоры, проблемно-ориентированные интегральные микросхемы (ASIC) и базовые матричные кристаллы (FPGA).

В различных вариантах исполнения процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителями данных (в общем называемыми здесь как «память», например, энергозависимое и энергонезависимое запоминающее устройство, такое как оперативное запоминающее устройство (RAM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM) и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), гибкие дискеты, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых вариантах исполнения носитель данных может быть кодирован одной или более программами, которые, при исполнении одним или более процессорами и/или контроллерами, выполняют по меньшей мере некоторые из обсуждаемых здесь функций. Различные носители данных могут быть зафиксированы внутри процессора или контроллера, или могут быть переносными, таким образом, что одна или более программ, сохраняемых на них, могут быть загружены в процессор или контроллер, чтобы реализовать обсуждаемые здесь разнообразные аспекты настоящего изобретения. Термины «программа» или «компьютерная программа» используют здесь в самом общем смысле для обозначения любого типа компьютерного набора команд (например, программного обеспечения или микрокода), который может быть применен для программирования одного или более процессоров или контроллеров.

Термин «адресуемый» используют здесь для обозначения устройства (например, источника света в общем, осветительного прибора или арматуры, контроллера или процессора, связанного с одним или более источниками света или осветительными устройствами, другими относящимися к таковым неосветительными устройствами и т.д.), которое конфигурировано для получения информации (например, данных), предназначенных для многочисленных устройств, в том числе ему самому, и для селективного реагирования на конкретную информацию, предназначенную для него. Термин «адресуемый» часто используют в связи с объединенным в сеть окружением (или «сетью», подробнее обсуждаемой ниже), в котором многочисленные устройства соединены вместе через некоторую коммуникативную среду или среды.

В одном сетевом варианте исполнения одно или более устройств, соединенных в сеть, могут служить в качестве контроллера для одного или более других устройств, подсоединенных к сети (например, по схеме «главный-подчиненный»). В еще одном варианте исполнения сетевое окружение может включать один или более назначенных контроллеров, которые конфигурированы для управления одним или более устройствами, соединенными с сетью. В общем, каждое из многочисленных устройств, присоединенных к сети, может иметь доступ к данным, которые присутствуют в коммуникативной среде или средах; однако данное устройство может быть «адресуемым» в том плане, что оно конфигурировано для селективного обмена данными с сетью (то есть получения данных из сети и/или передачи данных в сеть), основанного, например, на одном или более конкретных идентификаторах (например, «адресах»), присвоенных ему.

Термин «сеть», как используемый здесь, имеет отношение к любому взаимному соединению двух или более устройств (в том числе контроллеров или процессоров), которое упрощает передачу информации (например, для управления устройством, хранения данных, обмена данными и т.д.) между любыми двумя или более устройствами и/или среди многочисленных устройств, подсоединенных к сети. Как должно быть без труда понятно, разнообразные варианты исполнения сетей, пригодные для взаимного соединения многочисленных устройств, могут включать любую из многообразных топологических схем сети, и использовать любой из многочисленных протоколов коммуникации. Дополнительно, в различных сетях согласно настоящему изобретению любое одно соединение между двумя устройствами может представлять назначенное соединение между двумя системами, или, альтернативно, неназначенное соединение. В дополнение к переносу информации, предназначенной для двух устройств, такое неназначенное соединение может нести информацию, не обязательно предназначенную для одного из двух устройств (например, открытое сетевое соединение). Далее, должно быть без труда понятно, что разнообразные сети из устройств, как здесь обсуждается, могут использовать одну или более беспроводных, проволочно-кабельных и/или оптоволоконных линий связи для облегчения передачи информации по сети.

Термин «пользовательский интерфейс», как используемый здесь, имеет отношение к взаимодействию между человеком как пользователем и одним или более устройствами, который обеспечивает возможность коммуникации между пользователем и устройством(ами). Примеры пользовательских интерфейсов, которые могут быть применены в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются таковыми, переключатели, потенциометры, кнопки, кодонабиратели, движки, мышь, клавиатуру, дополнительную цифровую клавиатуру, различные типы игровых пультов (например, джойстики), трекболы, экраны мониторов, различные типы графических пользовательских интерфейсов (GUI), тачскрины, микрофоны и другие типы сенсоров, которые могут принимать некую форму подаваемых человеком входных сигналов и генерировать сигнал в ответ на них.

Должно быть понятно, что все комбинации вышеприведенных принципов и дополнительных идей, обсуждаемых гораздо подробнее ниже (при условии, что принципы не являются взаимно противоречивыми), рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого здесь. В частности, все комбинации заявленного предмета изобретения, приведенного в конце описания настоящего изобретения, рассматриваются как часть представленного здесь предмета изобретения. Также должно быть понятно, что терминология, недвусмысленно используемая здесь, которая также может быть применена в любом описании изобретения, включенного здесь ссылкой, должна соответствовать значению, наиболее согласующемуся с раскрытыми здесь конкретными принципами.

Краткое описание чертежей

В чертежах сходные номера позиций в основном означают одинаковые части на протяжении всех различных видов. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого в основном допущено некоторое искажение для иллюстрирования принципов изобретения.

ФИГ.1 иллюстрирует примерную работу традиционных диммерных устройств для переменного тока;

ФИГ.2 иллюстрирует устройство для кодирования информации согласно одному варианту осуществления изобретения;

ФИГ.3 представляет блок-схему, показывающую различные элементы устройства для кодирования информации из ФИГ.2 согласно одному варианту осуществления изобретения;

ФИГ.4 иллюстрирует часть устройства для кодирования информации из ФИГ.3, показывая детали дискретизатора согласно одному варианту осуществления изобретения;

ФИГ.5 иллюстрирует часть устройства для кодирования информации из ФИГ.3, показывая детали дискретизатора согласно еще одному варианту осуществления изобретения;

ФИГ.6 схематически представляет схему кодирования согласно одному варианту осуществления изобретения;

ФИГ.7А, 7В, 7С и 7D иллюстрируют примерные сигналы, генерируемые схемой кодирования из ФИГ.6, согласно различным вариантам осуществления изобретения; и

ФИГ.8 иллюстрирует осветительную систему для применения с различными вариантами осуществления изобретения.

Подробное описание

Источники света на основе светодиодов приобретают растущую популярность благодаря их относительно высокой эффективности, высокой интенсивности, низкой стоимости и высокому уровню управляемости, по сравнению с традиционными лампами накаливания или флуоресцентными источниками света. В то время как для управления обычными источниками света, такими как лампы накаливания с питанием от источника переменного тока, используют различные типы общеупотребительных диммеров для переменного тока, в некоторых примерах общеупотребительные диммеры могут быть также применены для управления индивидуально скомпонованными осветительными устройствами на основе светодиодов, как обсуждается, например, в Патенте США № 7038399.

Как обсуждалось выше в связи с ФИГ.1, недорогие имеющиеся в продаже на рынке диммеры не обязательно выдают силовой сигнал переменного тока, имеющий такое же или по существу такое же среднеквадратичное RMS-значение, как имеющееся сетевое напряжение переменного тока. Заявители признавали и понимали, что в некоторых обстоятельствах может составить проблему подведение как рабочей мощности, так и информации о димминге, на многочисленные осветительные устройства/приборы на основе светодиодов, включенные в одну и ту же цепь диммера. Заявители также признавали и понимали, что ввиду большого разнообразия дешевых общеупотребительных диммеров, легкодоступных на рынке, было бы выгодно иметь интерфейс, который упрощает совместимость между различными типами диммеров и одним или более осветительными устройствами, конфигурированными для получения рабочей мощности от сетевого напряжения переменного тока.

В более общем смысле, Заявители признавали и понимали, что было бы полезным кодировать различные типы информации на сетевом напряжении переменного тока для генерирования кодированного силового сигнала переменного тока, который может быть использован для подведения как полной рабочей мощности, так и управляющей информации к разнообразным электрическим приборам.

В свете вышеизложенного, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения направлены на способы и устройства для кодирования сетевого напряжения переменного тока информацией о димминге, выведенной из выходного сигнала общеупотребительного диммера, чтобы генерировать силовой сигнал переменного тока, кодированный информацией о димминге, в которой кодированный силовой сигнал переменного тока имеет по существу подобное RMS-значение, как и сетевое напряжение переменного тока.

ФИГ.2 иллюстрирует устройство 50 для кодирования информации согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство включает контроллер 100, первый вход 122 для получения сетевого напряжения 105 переменного тока и второй вход 124 для получения выходного сигнала 112, генерированного источником 110 информации. В одном аспекте сетевое напряжение 105 переменного тока может быть подведено подсоединением первого входа 122 к стандартной штепсельной розетке (например, первый вход 122 может быть исполнен в виде стандартной штепсельной вилки). Устройство 50 дополнительно включает выход 126 для подачи кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока. В одном аспекте кодированный силовой сигнал 130 переменного тока может иметь по существу подобное RMS-значение, как сетевое напряжение 105 переменного тока.

В некоторых вариантах осуществления источник 110 информации может представлять собой традиционный диммер, такой как вышеописанные диммеры (например, в связи с ФИГ.1). Соответственно этому, следует понимать, что в различных вариантах осуществления примеры возможных выходных сигналов 112 включают, но не ограничиваются таковыми, амплитудно-модулированный сигнал переменного тока, модулированный по рабочему циклу (фазовому углу) сигнал переменного тока, 0-10-вольтовый аналоговый сигнал постоянного тока, пакеты контрольных данных согласно DMX512-протоколу, или цифровой сигнал, такой как DSI- или DALI-сигнал, для введения информации о димминге в контроллер 100. В более общем плане, следует понимать, что источник 110 информации согласно другим вариантам осуществления может выдавать различные типы информации, иной, нежели информация о димминге, на контроллер 100 с выходным сигналом 112 (например, информацию о цветовом тоне света или цветовой температуре), или информацию, включающую комбинацию информации о димминге и прочую информацию.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, контроллер 100 может быть конфигурирован для обработки одиночного типа выходного сигнала 112. В других вариантах осуществления настоящего изобретения контроллер 100 может быть конфигурирован для взаимодействия с любым одним или более одинаковых или различных источников 110 информации, которые могут выдавать различные типы/форматы выходных сигналов 112, такие как вышеупомянутые сигналы или прочие. В одном варианте осуществления многочисленные различные источники информации могут выдавать соответствующие существенно различающиеся выходные сигналы, и контроллер 100 может быть конфигурирован для выбора любого из нескольких возможных выходных сигналов в любой данный момент времени, для упрощения кодирования конкретного типа информации и/или конкретного типа/формата выходного сигнала. Например, контроллер 100 может быть соединен с первым диммером, который выдает модулированный по рабочему циклу сигнал переменного тока, и/или вторым диммером, который выдает цифровой сигнал, основанный на DALI-протоколе. В одном примерном варианте осуществления, как показано в ФИГ.2, выбор между многочисленными источниками информации/выходными сигналами может быть сделан с помощью необязательного пользовательского интерфейса 220, соединенного с контроллером 100.

Согласно одному варианту осуществления, контроллер 100 может включать разнообразные компоненты, предназначенные для упрощения кодирования информации о димминге и/или иной информации, посылаемой в выходном сигнале 112 на сетевое напряжение 105 переменного тока, как показано в ФИГ.3. Например, контроллер 100 может включать дискретизатор 200 для дискретизации выходного сигнала 112, и схему 210 кодирования для изолирования сетевого напряжения 105 переменного тока от выходного кодированного силового сигнала 130 переменного тока, и для кодирования информации о димминге и/или иной информации в силовом сигнале переменного тока.

В одном варианте исполнения дискретизатор 200 может включать эквивалентную нагрузку 150. В общем, эквивалентная нагрузка 150 может представлять собой силовой резистор, или любое другое пригодное резистивное устройство, включающее, но не ограничивающееся таковыми, пассивные резистивные устройства и активные резистивные устройства. В одном варианте осуществления эквивалентная нагрузка 150 может иметь фиксированную величину сопротивления, и может быть выбрана так, чтобы мощность, потребляемая нагрузкой 150, была меньше, чем, например, 8 Ватт. В других вариантах осуществления значение сопротивления эквивалентной нагрузки 150 может быть отрегулировано для снижения уровня мощности, потребляемой нагрузкой 150, в то же время по-прежнему сохраняя надлежащее функционирование источника 110 информации. Например, некоторые общеупотребительные диммеры требуют, чтобы к выходу диммера была подключена нагрузка, имеющая по меньшей мере минимальную величину сопротивления, для создания выходного сигнала, который точно отражает информацию о димминге, посылаемую диммером. В таких вариантах осуществления регулируемое значение сопротивления может быть конфигурировано пользователем путем корректирования кнопкой, переключателем или любым другим подходящим пользовательским интерфейсом (например, пользовательским интерфейсом 220), предусмотренным на контроллере 100. Один пример пригодной эквивалентной нагрузки 150 включает, но не ограничивается таковыми, устройство для имитации минимальной нагрузки LUT-LBX, производимое фирмой Lutron Electronics Company, Inc. в Куперсбурге, Пенсильвания.

В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 100 может дополнительно включать микропроцессор 170, соединенный с дискретизатором 200, который выдает обработанный информационный сигнал 175 на схему 210 кодирования. В одном варианте осуществления микропроцессор 170 может быть исполнен как часть интегральной микросхемы, в которой интегральная микросхема также включает другие компоненты, которые поддерживают микропроцессор, такие как по меньшей мере одно устройство памяти, для хранения одной или более компьютерных программ, которые затем исполняются микропроцессором 170, контролируя функционирование разнообразных компонентов контроллера 100. В еще одном варианте исполнения, показанном в ФИГ.4, дискретизатор 200 может включать интегральную микросхему с микропроцессором 170, имеющим универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) 510 и блок 520 обработки сигналов, для подачи обработанного информационного сигнала 175 на схему 210 кодирования.

Для вариантов исполнения, в которых выходной сигнал 112 представляет собой аналоговый сигнал, дискретизатор может дополнительно включать аналого-цифровой преобразователь 160 для дискретизации выходного сигнала (например, напряжения на эквивалентной нагрузке 150). Например, как показано в ФИГ.5, эквивалентная нагрузка 150 может представлять собой цепь делителя напряжения, на которую подается выходной сигнал 112. Цепь делителя напряжения может содержать по меньшей мере два резистивных компонента, включенных последовательно, и аналого-цифровой преобразователь 160 может быть скомпонован для дискретизации напряжения на одном из резистивных компонентов или на обоих таковых. В одном варианте исполнения микропроцессор 170 и связанные с ним компоненты памяти (не показаны) могут рассчитывать усредненное по времени дискретизированное напряжение для подачи в качестве входного сигнала на схему 210 кодирования, в которой усредненное по времени напряжение содержит информацию, кодируемую на сетевом напряжении 105 переменного тока. В альтернативном варианте осуществления форма волны напряжения самого выходного сигнала 112 может быть непосредственно дискретизирована аналого-цифровым преобразователем 160 (например, без введения эквивалентной нагрузки) и обработана микропроцессором 170 и связанными с ним компонентами памяти. Анализ формы волны напряжения микропроцессором 170 может выявить изменения характеристик формы волны напряжения. В этом альтернативном варианте осуществления один или более аспектов детектируемых изменений характеристик может представлять кодируемую информацию и может быть выдан микропроцессором 170 на схему 210 кодирования. Следует принимать во внимание, что может быть применена любая другая пригодная комбинация резистивных элементов и измерение аналого-цифровым преобразователем 160, и варианты осуществления изобретения в этом плане не ограничиваются.

В еще одном дополнительном варианте исполнения аналого-цифровой преобразователь 160 может не дискретизировать (непосредственно или косвенно) выходной сигнал 112, как описано выше, но вместо этого может включать схему порогового уровня обнаружения. Схема порогового уровня обнаружения может включать компаратор и/или другие элементы схемы для облегчения обнаружения порогового уровня выходного сигнала 112. Например, выходной сигнал 112 может быть подан как первый входной сигнал на компаратор, который выдает конкретное логическое состояние (например, двоичное значение единицы), когда абсолютное значение выходного сигнала 112 напряжения является более высоким, чем пороговое значение напряжения (например, 2 Вольта), выводимое как второй входной сигнал на компаратор. Желательное пороговое напряжение для схемы порогового уровня обнаружения может быть определено по известной удвоенной амплитуде напряжения сетевого напряжения 105 переменного тока. Поскольку частота сетевого напряжения также известна, информация о синхронизации, основанная на генерировании цифрового выходного сигнала из схемы порогового уровня обнаружения, может быть выдана в виде обработанного информационного сигнала 175 на схему 210 кодирования. Например, информация о синхронизации может быть выведена дискретизацией цифрового выходного сигнала схемы порогового уровня обнаружения. Альтернативно, выходной сигнал схемы порогового уровня обнаружения может быть использован в качестве управляющего входного сигнала для таймера на микроконтроллере, причем микроконтроллер выдает обработанный информационный сигнал 175 на схему 210 кодирования. Следует понимать, что любая пригодная комбинация элементов схемы может быть использована для обнаружения порогового уровня выходного сигнала 112 и для генерирования информации о синхронизации, и варианты осуществления изобретения не ограничены в этом отношении.

Согласно другим вариантам исполнения, в которых выходной сигнал 112 представляет собой цифровой сигнал (например, DSI- или DALI-сигнал), с привлечением ФИГ.4, универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) 510 может дискретизировать цифровой выходной сигнал 112 и выдавать дискретизированный цифровой выходной сигнал на блок 520 обработки сигналов. Блок обработки сигналов затем может обрабатывать дискретизированный цифровой выходной сигнал для создания информационного сигнала 175. Отображение между дискретизированным цифровым выходным сигналом и информационным сигналом 175 может быть линейным или нелинейным, и варианты осуществления изобретения не ограничены в этом отношении.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения микропроцессор 170 может быть конфигурирован для исполнения одной или более компьютерных программ. Одна или более компьютерных программ могут включать серию команд, которые, будучи исполняемыми микропроцессором 170, обрабатывают дискретизированный выходной сигнал из аналого-цифрового преобразователя 160 или сам дискретизированный выходной сигнал 112, для выдачи информационного сигнала 175, который, в свою очередь, может быть кодирован схемой 210 кодирования. Взаимозависимость между сигналом, поступающим в микропроцессор 170, и информационным сигналом 175, выдаваемым микропроцессором 170, может быть линейной или нелинейной, и варианты осуществления изобретения не ограничены в этом отношении. Например, одна типичная характеристика затемнения традиционных ламп накаливания состоит в том, что свет, генерируемый лампой накаливания, становится теплее по цветовой температуре (то есть более красноватым) по мере уменьшения силы света источника. В одном варианте исполнения взаимозависимость между сигналом, поступающим в микропроцессор 170, и информационным сигналом 175 может быть, в частности, конфигурирована так, чтобы имитировать этот эффект в осветительном устройстве на основе светодиодов, путем введения информации как об интенсивности, так и о цвете/цветовой температуре, в информационный сигнал 175, основываясь на информации о димминге, доставляемой выходным сигналом 112. В других примерах нелинейные зависимости между дискретизированными параметрами выходного сигнала 112 и информационным сигналом 175 могут быть использованы для достижения разнообразных заказанных пользователем условий освещенности и световых эффектов.

В еще одном варианте исполнения микропроцессор 170 может быть конфигурирован для исполнения одной или более компьютерных программ, чтобы выполнять метод калибровки для расчета по меньшей мере некоторых из погрешностей общеупотребительных диммеров, когда они настроены на положения «полностью включено» или «полностью выключено». Например, если источник 110 информации представляет собой обычный диммер, и выходной сигнал 112 представляет собой 0-10-вольтовый аналоговый сигнал постоянного тока, то отклонения характеристик от одного диммера к другому, появившиеся в процессе их изготовления, могут обусловливать то, что диммер не выдает в точности 0 Вольт, когда он выведен в положение «полностью выключено», или точно 10 Вольт, когда он выставлен в положение «полностью включено». Путем калибровки выходного сигнала 112 динамический диапазон реального диммера, который питается кодированным выходным силовым сигналом 130 переменного тока, может быть расширен, и может быть повышена точность параметров низшего уровня и/или высшего уровня.

В еще одном дополнительном варианте исполнения микропроцессор 170 может быть конфигурирован для исполнения одной или более компьютерных программ, которые облегчают интерполяцию (например, сглаживание) между дискретизированными уровнями димминга, и в частности, когда информация о димминге, выведенная из выходного сигнала 112, проявляет один или более скачков уровня затемнения. Например, информационный сигнал 175 может быть основан, по меньшей мере отчасти, на предшествующей информации о димминге, направленной на микропроцессор 170, чтобы обеспечить плавный переход между уровнями затемнения, которые предписаны кодированным силовым сигналом 130 переменного тока. В других вариантах осуществления сглаживание между уровнями затемнения может быть обеспечено введением одного или более дополнительных элементов схемы, таких как конденсатор, присоединенный к эквивалентной нагрузке 150.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, как показано в ФИГ.3, схема 210 кодирования может включать развязывающий контур 180 для изолирования сетевого напряжения 105 переменного тока от выходного кодированного силового сигнала 130 переменного тока, и кодирующее устройство 140 для получения информационного сигнала 175 от микропроцессора 170 и кодирования информации на сетевом напряжении 105 для создания кодированного силового сигнала 130. В одном варианте осуществления изобретения развязывающий контур 180 включает трансформатор для обеспечения электромагнитного изолирования между входным сетевым напряжением 105 и выходным кодированным силовым сигналом 130 переменного тока. Однако следует понимать, что, в то время как вышеописанный развязывающий контур 180 включает средство электромагнитной изоляции, разнообразные варианты осуществления изобретения могут включать любые пригодные изоляционные устройства, включающие, но не ограничивающиеся таковыми, оптические и/или емкостные изоляционные устройства, и изобретение в этом отношении не ограничено.

Информация может быть закодирована на сетевом напряжении с использованием любого подходящего протокола. В некоторых вариантах осуществления изобретения кодирование информации может быть выполнено с использованием протокола на основе PLC («передача сигнала по электропроводке»). PLC-протоколы часто используются для управления устройствами в домашних условиях, и действуют путем модулирования информации в несущей частоте между 20 и 200 кГц в существующей домашней электропроводке (то есть проволочной проводке, которая подает стандартное сетевое напряжение переменного тока). Одним примером такого контрольного протокола является язык программирования Х10. В типичном исполнении Х10 управляемое устройство (например, лампы, термостаты, горячее водоснабжение джакузи и т.д.) подключают к Х10-ресиверу, который, в свою очередь, подключен к обычной штепсельной розетке, соединенной с разводкой сетевого напряжения переменного тока. Устройству, которым нужно управлять, присваивают конкретный адрес. Х10-трансмиттер/контроллер подключается в еще одну штепсельную розетку, соединенную с разводкой сетевого напряжения, и обменивается управляющими командами (например, включить или выключить устройство) по той же электропроводке, подводящей сетевое напряжение, с одним или более Х10-ресиверами, руководствуясь, по меньшей мере частично, приписанным(и) адресом(ами).

В традиционном Х10-протоколе информация об адресации и контрольных командах кодируется в виде цифровых данных на несущей частоте 120 Гц, которая передается в виде пакетов в момент (или вблизи такового) перехода сетевого напряжения переменного тока через нуль, причем при каждом переходе через нуль передается один бит. Для управления работой Х10-совместимого устройства Х10-трансмиттер/контроллер передает информацию об адресации на устройство, и затем в последующих передачах посылает информацию контрольной команды, определяющую, какая команда должна быть выполнена устройством. В одном примере пользователь может захотеть включить Х10-совместимое осветительное устройство, которому был присвоен адрес А25. Для включения осветительного устройства Х10-контроллер должен передать сообщение, такое как «выбрать А25», с последующим сообщением «включить». Поскольку данные передаются только при переходах напряжения через нуль, скорости передачи данных с использованием Х10-протокола составляют величину порядка 20 бит в секунду. Соответственно этому, передача адреса устройства и команды может занять приблизительно 0,75 секунды.

В дополнение, относительно высокая несущая частота, используемая в Х10-коммуникациях, не может быть эффективно передана через силовые трансформаторы (например, в развязывающем контуре 180), так что вместе с развязывающим контуром 180 Х10-кодирование позволяет эффективно изолировать сетевое напряжение 105 переменного тока от кодированного силового сигнала 130 переменного тока. Таким образом, согласно одному варианту осуществления, способы и устройства согласно настоящему изобретению облегчают совместимость различных источников света на основе светодиодов и осветительных устройств с Х10 и другими PLC-протоколами коммуникации, которые пересылают контрольную информацию в связи с сетевым напряжением переменного тока.

Следует принимать во внимание, что конкретный пример Х10 как пример основанного на PLC протокола для кодирования информации на сетевом напряжении переменного тока приведен главным образом для иллюстрации одного типа PLC-протокола кодирования, и варианты осуществления изобретения не являются ограниченными в этом отношении. Например, могут быть использованы другие PLC-протоколы управления, включающие, но не ограничивающиеся таковыми, системы домашней автоматизации KNX, INSTEON, BACnet и LonWorks, или любой другой пригодный протокол для кодирования информации на сетевом напряжении переменного тока.

Альтернативный вариант исполнения схемы 210 кодирования согласно одному варианту осуществления изобретения показан в ФИГ.6. В этом варианте осуществления как изолирование между входным сетевым напряжением и кодированным выходным силовым сигналом переменного тока, так и кодирование информации выполняются с использованием многочисленных переключателей 190, 192, 194 и 196, работой которых управляет микропроцессор 170. Согласно одному варианту осуществления изобретения, переключатели формируют схему Н-моста (иначе называемого как «полный мост»), как показано в ФИГ.6. Два провода обычного сетевого напряжения 105 переменного тока подают ток на верхнюю и нижнюю ветви схемы Н-моста, и кодированный выходной силовой сигнал 130 переменного тока зависит от состояния переключателей 190, 192, 194 и 196.

Для получения кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока на выходе схемы Н-моста с использованием сетевого напряжения 105 переменного тока переключателями управляют в режиме попеременных пар. То, какая пара переключателей замкнута в любой данный момент времени, и фаза входного сетевого напряжения 105 переменного тока, определяет полярность кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока. Например, для воспроизведения синусоидального кодированного выходного силового сигнала переменного тока, как показано в ФИГ.7А (то есть идентичного сетевому напряжению 105 переменного тока), должна быть замкнута либо пара переключателей 190-192, либо пара переключателей 194-196, тогда как другая пара переключателей должна быть разомкнута. Альтернативно, если пары переключателей 190-192 и 194-196 поочередно переключаются во время каждого перехода через нуль формы волны входного сетевого напряжения переменного тока (то есть каждый полуцикл), то схема Н-моста должна работать по существу как полноволновый выпрямитель для создания формы волны, показанной в ФИГ.7В.

В одном варианте осуществления изобретения микропроцессор 170 контролирует синхронизацию переключений пар переключателей 190-192 и 194-196, основываясь, по меньшей мере частично, на информации, выведенной из выходного сигнала 112. Предположим, что форма волны, показанная в ФИГ.7С, представляет собой желательный кодированный выходной силовой сигнал 130 переменного тока. В момент времени Т₃ микропроцессор 170 может «перевернуть» полуцикл входного сетевого напряжения 105. Чтобы выполнить это, микропроцессор 170 может послать контрольные команды на схему Н-моста в момент времени Т₃ для переключения пар, которые замкнуты (например, переключить со 190-192 на 194-196), и затем в момент времени Т₄ послать контрольные команды для переключения пар опять (то есть переключить со 194-196 на 190-192). Подобным образом, для создания кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока, соответствующего форме волны, показанной в ФИГ.7D, микропроцессор 170 может посылать контрольные команды на схему Н-моста в моменты времени Т₃ Т₄, Т₅ и Т₆, для переключения пар, которые замкнуты.

В одном варианте осуществления изобретения информация может быть закодирована на сетевом напряжении переменного тока как пропорциональная отношению положительных полуциклов к отрицательным полуциклам выходного силового сигнала 130 переменного тока в течение некоторого периода времени. Например, кодированный силовой сигнал переменного тока, показанный в ФИГ.7А, имеет отношение положительного полуцикла к отрицательному полуциклу, равное 1:1. В некоторых вариантах осуществления, где кодированная информация представляет собой информацию о димминге, это отношение может обозначать 100%-ный уровень затемнения. Напротив, кодированный силовой сигнал переменного тока, показанный в ФИГ.7С, имеет отношение 1:2, и как таковое, оно может соответствовать уровню димминга 50%. Подобным образом, кодированный силовой сигнал переменного тока, показанный в ФИГ.7D, имеет отношение 1:5, и это может соответствовать уровню затемнения 20%.

Примерные формы волн, показанные в ФИГ.7А-7D, демонстрируют только три цикла кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока, в течение которых отношение положительных полуциклов к отрицательным полуциклам определено. Следует понимать, что возможно любое число циклов, на протяжении которых может быть выполнено кодирование, и чем больше циклов, в пределах которых проводится кодирование, тем выше может быть разрешение кодированной информации (например, больше запрограммированных уровней димминга). Однако выбор большего числа циклов, в пределах которых проводят кодирование, также приводит к снижению скоростей кодирования. В некоторых примерных вариантах осуществления изобретения желательно соблюдение баланса между относительно низкой скорости кодирования и получением достаточного числа уровней димминга, для достижения димминга, применимого в практических вариантах использования. Поэтому в некоторых примерных вариантах осуществления кодирование может быть выполнено в пределах диапазона из 5-10 циклов, чтобы соответственно получить 5-10 различных уровней димминга.

Следует принимать во внимание, что в различных вариантах осуществления изобретения переключатели в схеме Н-моста, показанного в ФИГ.6, могут быть исполнены в виде любого подходящего типа переключателя, в том числе, но не ограничиваясь таковыми, биполярные плоскостные транзисторы (BJT), металлоксидные полевые транзисторы (MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и кремниевые управляемые диодные выпрямители (SCR).

ФИГ.8 иллюстрирует, что, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, одно или более осветительных устройств/приборов 800, 810, 820 на основе светодиодов могут быть подключены к контроллеру 100 для получения как рабочей мощности, так и информации, доставляемой кодированным выходным силовым сигналом 130 переменного тока, чтобы регулировать характеристики генерирования света одного или более осветительных устройств/приборов. Чтобы эффективно модулировать их характеристики генерирования света, каждое осветительное устройство может включать по меньшей мере один декодер (например, декодеры 802, 812 и 822) для демодуляции кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока. Демодуляция может быть выполнена любым из нескольких путей, в зависимости от способа/протокола кодирования, использованного для кодирования силового сигнала 130, и варианты осуществления изобретения не являются ограниченными в этом отношении.

В некоторых вариантах исполнения, как обсуждено выше, информация может быть закодирована на сетевом напряжении переменного тока с использованием PLC-протокола, такого как Х10-протокол. Декодеры 802, 812, 822, связанные с каждым осветительным устройством 800, 810 и 820, могут быть конфигурированы как Х10-ресиверы для демодуляции Х10-информации из кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока, и для сообщения информации осветительному устройству для изменения его характеристик генерирования света, как желательно.

В других вариантах исполнения информация может быть закодирована на сетевом напряжении переменного тока как отношение положительных полуциклов к отрицательным, как описано выше в связи с ФИГ.6 и 7, и осветительное(ые) устройство(а) может(гут) декодировать информацию на кодированном выходном силовом сигнале 130 переменного тока путем расчета отношения положительных полуциклов к отрицательным в течение предварительно заданного интервала времени. В одном варианте осуществления декодеры (например, декодеры 802, 812, 822) могут отслеживать переходы напряжения через нуль в кодированном выходном силовом сигнале 130 переменного тока для определения полярности сигнала как в непосредственно происходящем, так и/или последующем переходе через нуль. Интегрированием предварительно заданного числа циклов осветительное(ые) устройство(а) может(гут) определять желательный уровень димминга (то есть, если информация представляет собой димминговую информацию). В альтернативном варианте исполнения декодеры могут определять отношение положительных полуциклов к отрицательным дискретизацией кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока при более высокой скорости дискретизации, чем частота сигнала (например, быстрее, чем 60 Гц), и определять изменения одной или более характеристик сигнала переменного тока. Например, типичная скорость дискретизации может составлять 120 Гц.

Фактически, кодирование и декодирование могут быть выполнены любым способом в той мере, насколько и схема 210 кодирования, и осветительное(ые) устройство(а), связанные силовым сигналом 130, понимают общий протокол для определения, как отношение полуциклов может быть рассчитано для выведения надлежащего управляющего сигнала на светодиод(ы). Следует понимать, что может быть применен любой другой пригодный метод определения отношения положительных полуциклов к отрицательным в кодированном выходном силовом сигнале переменного тока, и вышеупомянутые конкретные примеры приведены только для целей иллюстрирования, но не ограничения.

В еще других дополнительных вариантах осуществления многочисленные характеристики генерирования света одним или более осветительными устройствами на основе светодиодов могут быть изменены в ответ на получение информации, закодированной на сетевом напряжении переменного тока. Например, в одном варианте исполнения одно или более осветительных устройств на основе светодиодов, присоединенных к контроллеру 100, могут быть конфигурированы по существу для воссоздания световых характеристик света традиционных ламп накаливания, когда осветительное(ые) устройство(а) обеспечено(ы) информацией о димминге посредством кодированного выходного силового сигнала 130 переменного тока. В одном аспекте этого варианта осуществления это может быть выполнено синхронным варьированием интенсивности и цвета/цветовой температуры света, генерируемого осветительными устройствами на основе светодиодов.

Более конкретно, в традиционных лампах накаливания цветовая температура испускаемого света в основном сокращается по мере снижения мощности, рассеиваемой источником света (например, при более низких уровнях интенсивности, соотнесенная цветовая температура производимого света может быть около 2000К, тогда как соотнесенная цветовая температура света при более высоких интенсивностях может быть ближе к 3200К). Этим объясняется, почему свет ламп накаливания склонен проявляться более красным, когда мощность источника света снижается. Соответственно этому, в одном варианте исполнения осветительное устройство на основе светодиодов может быть конфигурировано так, что однократная корректировка диммера может быть использована для синхронного изменения как интенсивности, так и цвета источника света, чтобы обеспечивать относительно высокую соотнесенную цветовую температуру при более высоких интенсивностях (например, когда диммер выдает по существу «полную» мощность), и давать более низкие соотнесенные температуры при пониженных интенсивностях, чтобы имитировать свет ламп накаливания.

В то время как несколько соответствующих изобретению вариантов исполнения были описаны и иллюстрированы здесь, квалифицированные специалисты в этой области технологии без труда вообразят множество других средств и/или структур для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных здесь, и каждая из таких вариаций и/или модификаций предполагается входящей в пределы области описанных здесь соответствующих изобретению вариантов исполнения. В более общем плане, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет без труда понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, предполагаются примерными, и что реальные параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или вариантов применения, для которых используются соответствующие изобретению инструкции. Квалифицированные специалисты в этой области технологии будут принимать во внимание, или будут в состоянии выяснить с использованием не более чем обычного экспериментирования, многие эквиваленты описанным здесь конкретным вариантам осуществления изобретения. Поэтому должно быть понятно, что вышеуказанные варианты исполнения представлены только в порядке примера, и что, в пределах области прилагаемых пунктов формулы изобретения и эквивалентов таковых, варианты осуществления изобретения могут быть реализованы иным образом, нежели это конкретно описано и заявлено. Соответствующие изобретению варианты осуществления настоящего изобретения направлены на каждый индивидуальный признак, систему, изделие, материал, набор и/или способ, описанные здесь. В дополнение, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, наборов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, наборы и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в пределы соответствующей изобретению области настоящего изобретения.

Все определения, как названные и использованные здесь, следует понимать как превалирующие над определениями в словарях, определениями в документах, включенных ссылкой, и/или традиционными значениями определяемых терминов.

Неопределенные артикли “a” и “an”, как использованные здесь в описании и в пунктах формулы изобретения, если четко не оговорено нечто иное, следует понимать означающими «по меньшей мере один».

Фразу «и/или», как используемую здесь в описании и в пунктах формулы изобретения, следует понимать в значении «одно из таковых или оба» из элементов, таким образом соотнесенных, то есть, элементов, которые в некоторых случаях присутствуют вместе, и в других случаях присутствуют порознь. Множественные элементы, перечисленные с использованием выражения «и/или», следует толковать в одинаковом смысле, то есть «один или более» элементов, таким образом объединенных. Необязательно могут присутствовать другие элементы, иные, нежели элементы, конкретно идентифицируемые выражением «и/или», относятся ли они или не относятся к тем элементам, которые идентифицированы конкретно. Так, в качестве неограничивающего примера, ссылка на «А и/или В», когда использована в связи с неограничивающей терминологией, такой как «включающий», может иметь отношение, в одном варианте исполнения, только к А (необязательно с включением элементов, отличных от В); в еще одном варианте исполнения только к В (необязательно с включением элементов, отличных от А); и в еще одном дополнительном варианте исполнения как к А, так и к В (необязательно с включением других элементов); и т.д.

Как используемый здесь в описании и в пунктах формулы изобретения, термин «или» следует понимать имеющим такое же значение, как «и/или», как определено выше. Например, при подразделении объектов в списке термины «или» или «и/или» нужно интерпретировать как включающие, то есть с включением по меньшей мере одного, но также включающими более чем один, из ряда или списка элементов, и, необязательно, дополнительных неперечисленных объектов. Только термины, четко обозначенные в обратном смысле, такие как «только один из» или «исключительно один из», или, при использовании в пунктах формулы изобретения, «состоящий из», будут указывать на включение именно одного элемента из ряда или списка элементов. В общем, термин «или», как используемый здесь, должен быть интерпретирован только как обозначающий исключающие альтернативы (то есть «один или другой, но не оба»), когда ему предшествуют исключающие термины, такие как «любой из», «один из», «только один из» или «исключительно один из». Термин «состоящий по существу из», когда используется в пунктах формулы изобретения, должен иметь свое обычное значение, как применяемый в рамках патентного права.

Как используемую здесь в описании и в пунктах формулы изобретения, фразу «по меньшей мере один», при ссылке на список из одного или более элементов, следует понимать означающей по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающей по меньшей мере один из каждого и всякого элемента, конкретно перечисленного в пределах списка элементов, и не исключающей любой комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что необязательно могут присутствовать элементы, иные, нежели элементы, конкретно идентифицированные в пределах списка элементов, на который ссылается фраза «по меньшей мере один», относятся ли они или не относятся к тем элементам, которые идентифицированы конкретно. Так, в порядке неограничивающего примера, выражение «по меньшей мере один из А и В» (или, эквивалентно, «по меньшей мере один из А или В», или, эквивалентно, «по меньшей мере один из А и/или В») в одном варианте исполнения может иметь отношение по меньшей мере к одному, необязательно включающему более чем один, А, при отсутствии В (и необязательно включающему элементы, отличные от В); в еще одном варианте исполнения по меньшей мере к одному, необязательно включающему более чем один, В, при отсутствии А (и необязательно включающему элементы, отличные от А); в еще одном дополнительном варианте исполнения по меньшей мере к одному, необязательно включающему более чем один, А, и по меньшей мере к одному, необязательно включающему более чем один, В (и необязательно включающему прочие элементы); и т.д.

Следует также понимать, что, если четко не оговорено нечто иное, в любых способах, заявленных здесь, которые включают более чем одну стадию или действие, порядок стадий или действий в способе не обязательно ограничивается порядком, в котором изложены стадии или действия способа.

В пунктах формулы изобретения, а также в вышеприведенном описании, все вводные обороты, такие как «заключающий», «включающий», «несущий», «имеющий», «содержащий», «касающийся», «удерживающий», «состоящий из» и тому подобные, должны пониматься как неограничивающие, то есть означающие включение, но не ограниченные этим. Только вводные фразы «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть замкнутыми или полузамкнутыми фразами, соответственно, как это изложено в Руководстве Патентного Ведомства США по процедурам рассмотрения патентов, Раздел 2111.03.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к системам управления светильниками путем кодирования сигнала питания переменного тока. Технический результат - получение возможности управлять несколькими параметрами света осветительного устройства. Сетевое напряжение переменного тока может быть кодировано контрольной информацией, такой как информация о димминге, выведенной из выходного сигнала от общеупотребительного диммера, чтобы получить кодированный силовой сигнал переменного тока. Одно или более осветительных устройств, включающих осветительные устройства на основе светодиодов, может быть не только снабжено рабочей мощностью, но и управляемо (например, затемнено) на основе кодированного силового сигнала. В одном варианте исполнения информация может быть закодирована на сетевом напряжении переменного тока путем инвертирования некоторых полуциклов сетевого напряжения переменного тока для генерирования кодированного силового сигнала переменного тока, с отношением положительных полуциклов к отрицательным полуциклам, представляющим кодированную информацию. В других аспектах, кодированная информация может иметь отношение к одному или более параметрам света, генерируемого осветительным(и) устройством(ами) (например, интенсивности, цвету, цветовой температуре, и т.д.). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ, содержащий этапы, на которых:
принимают сетевое напряжение переменного тока;
принимают димминговое сетевое напряжение переменного тока, имеющее одно из амплитуды и рабочего цикла, отрегулированные относительно сетевого напряжения переменного тока;
извлекают информацию о димминге из диммингового сетевого напряжения переменного тока;
кодируют принятое сетевое напряжение переменного тока извлеченной информацией о димминге, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока, имеющий по существу подобное RMS-значение, как в сетевом напряжении переменного тока; и
регулируют и обеспечивают рабочую мощность по меньшей мере одному осветительному устройству на основе светодиодов, основываясь, по меньшей мере частично, на кодированном силовом сигнале переменного тока.

2. Способ по п.1, в котором этап регулирования и обеспечения рабочей мощностью по меньшей мере одного осветительного устройства на основе светодиодов содержит изменение по меньшей мере одного параметра из интенсивности, цвета и/или цветовой температуры света, генерируемого по меньшей мере одним осветительным устройством на основе светодиодов.

3. Способ по п.1, содержащий также электрическое изолирование сетевого напряжения переменного тока от кодированного силового сигнала переменного тока.

4. Способ по п.1, в котором этап извлечения информации о димминге содержит дискретизацию в цифровой форме диммингового сетевого напряжения переменного тока для получения информации о димминге.

5. Способ по п.1, в котором этап извлечения информации о димминге содержит дискретизацию диммингового сетевого напряжения переменного тока с использованием цепи делителя напряжения.

6. Способ по п.1, в котором этап извлечения информации о димминге содержит введение эквивалентной нагрузки, связанной с димминговым сетевым напряжением переменного тока.

7. Способ по п.1, в котором этап кодирования принятого сетевого напряжения переменного тока извлеченной информацией о димминге содержит частотную модуляцию сетевого напряжения переменного тока через определенные промежутки времени.

8. Способ по п.1, в котором этап кодирования принятого сетевого напряжения переменного тока извлеченной информацией о димминге содержит кодирование сетевого напряжения переменного тока с использованием Х10-протокола.

9. Способ по п.1, в котором этап кодирования принятого сетевого напряжения переменного тока извлеченной информацией о димминге содержит управление множеством переключателей, подсоединенных к сетевому напряжению переменного тока, для инвертирования по меньшей мере некоторых полуциклов сетевого напряжения переменного тока, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока, в котором отношение положительных полуциклов к отрицательным полуциклам в кодированном силовом сигнале переменного тока представляет информацию о димминге.

10. Устройство, содержащее:
первый вход для получения сетевого напряжения переменного тока;
второй вход для получения диммингового сетевого напряжения переменного тока, имеющего одно из амплитуды и рабочего цикла, отрегулированные относительно сетевого напряжения переменного тока;
устройство для приема диммингового сетевого напряжения переменного тока и информации о димминге, извлеченной из диммингового сетевого напряжения переменного тока;
кодер для приема сетевого напряжения переменного тока и извлеченной информацией о димминге и в соответствии с этим кодирования сетевого напряжения переменного тока извлеченной информацией о димминге, чтобы генерировать кодированный силовой сигнал переменного тока; и
по меньшей мере один источник света, регулируемый на основе, по меньшей мере частично, кодированного силового сигнала переменного тока.

11. Устройство по п.10, содержащее также развязывающий контур для изолирования сетевого напряжения переменного тока от кодированного силового сигнала переменного тока.

12. Устройство по п.10, содержащее также микропроцессор для дискретизации диммингового сетевого напряжения переменного тока для выведения информации о димминге.

13. Устройство по п.10, содержащее также контур преобразователя для кодирования сетевого напряжения переменного тока информацией о димминге.

14. Устройство по п.10, содержащее также эквивалентную нагрузку, связанную с димминговым сетевым напряжением переменного тока.

15. Устройство по п.10, в котором устройство для приема диммингового сетевого напряжения переменного тока и информации о димминге, извлеченной из диммингового сетевого напряжения переменного тока, содержит:
дискретизатор для дискретизации диммингового сетевого напряжения переменного тока; и
микропроцессор для извлечения информации о димминге из дискретизированного диммингового сетевого напряжения переменного тока.