СХЕМА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО УСТРОЙСТВА И СВЕТОДИОДНЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2015 года по МПК H05B33/08 

Изобретение относится к схеме для эксплуатации светодиодного устройства, причем светодиодное устройство имеет несколько параллельно включенных ветвей из одного или более последовательно расположенных светодиодов, через которые в рабочем состоянии протекает соответствующий частичный ток рабочего тока, протекающего через светодиодное устройство.

Прогресс в разработках светодиодов, особенно белых светодиодов высокой мощности, делает их все более интересными для использования в светильниках, например светильниках уличного освещения или для других целей освещения, например, в качестве фонового освещения для LCD- или TFT-дисплеев. Для того чтобы в зависимости от применения достичь достаточного уровня освещения, несколько светодиодов компонуются в определенное светодиодное устройство. Для того, чтобы достичь простой структуры схемы и, тем самым, чтобы необходимые для работы светодиодного устройства рабочие напряжения и рабочие токи имели подходящее соотношение друг с другом, светодиоды размещаются в нескольких параллельных ветвях, которые содержат, соответственно, один или более последовательно включенных светодиодов.

Обычно предусматривается источник постоянного тока, который обеспечивает весь протекающий через светодиодное устройство рабочий ток, причем может быть предусмотрена регулировка или ограничение протекающего через все ветви суммарного тока. Если рабочие параметры светодиодов, например прямое напряжение или допустимый максимальный ток лежат в пределах узкого диапазона допусков, и если ввиду соответствующей конфигурации светодиодов имеющиеся температурные различия между различными светодиодами малы, то полный ток равномерно распределяется на отдельные ветви.

Однако при этом возникает проблема, когда случается дефект в отдельных светодиодах. Подобные дефекты в большинстве случаев имеют следствием то, что внутреннее сопротивление светодиодов становится слишком высоким или происходит прерывание электрического тока в светодиоде, так как отказ светодиода, как правило, обусловлен перегоранием проволочного вывода. Это вызывает то, что в соответствующей ветви протекает лишь очень незначительный ток или не протекает никакого тока, так что при параллельной схеме полный ток распределяется на остальные ветви и имеет следствием возрастание частичного тока, протекающего через отдельные ветви. Так как светодиоды для достижения максимально возможной светимости, как правило, должны эксплуатироваться приблизительно с допустимым максимальным током, любое дополнительное повышение частичного тока вызывает перегрузку светодиодов в оставшихся ветвях, так что в течение короткого времени происходит падение мощности и в конечном счете полный отказ светодиодного устройства.

Подобной цепной реакции можно избежать, если дополнительно к регулированию полного тока в каждой отдельной ветви предусмотрены дополнительные средства для регулирования или ограничения тока, как это описано, например, в ЕР 1079667 А2. Подобное решение обуславливает, однако, более высокие затраты на изготовление и эксплуатацию, так как, с одной стороны, затраты на схему существенно увеличиваются, а с другой стороны, потери мощности из-за дополнительных линейных регуляторов возрастают, что приводит к снижению общего кпд.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создать простую и экономичную схему для эксплуатации светодиодного устройства с несколькими параллельно включенными ветвями из одного или более последовательно расположенных светодиодов, которая и при дефекте светодиода обеспечивает возможность надежного продолжения функционирования светодиодного устройства.

Решение задачи обеспечивается признаками пункта 1 формулы изобретения, в частности схемой для эксплуатации светодиодного устройства, причем светодиодное устройство содержит несколько параллельно включенных ветвей из одного или более последовательно расположенных светодиодов, через которые в рабочем состоянии протекает соответствующий частичный ток рабочего тока, протекающего через светодиодное устройство. Схема содержит источник тока для предоставления рабочего тока и характеризуется тем, что схема выполнена таким образом, чтобы распознавать наибольший частичный ток и обеспечиваемый источником тока рабочий параметр на основе этого наибольшего частичного тока регулировать таким образом, что никакой из частичных токов не превышает заданный максимальный ток.

Обеспечиваемый от источника тока рабочий параметр, например рабочий ток или рабочее напряжение, таким образом, ограничивается настолько, что каждый частичный ток не превышает заданное предельное значение.

Если, например, вследствие дефекта или неисправности светодиода в определенной ветви происходит прерывание этой ветви, то соответствующий частичный ток в этой ветви равен нулю. Из-за параллельного соединения ветвей этот частичный ток распределяется на остальные ветви, так что без соответствующих мер это привело бы к возрастанию остальных частичных токов. Однако этому противодействует соответствующая изобретению схема за счет того, что она предоставляемый от источника тока рабочий параметр настолько снижает, что все частичные токи в остальных ветвях становятся меньше или равны заданному максимальному току.

Таким образом, схема компенсирует надежным образом отказ одного или нескольких светодиодов, так что отказ всего светодиодного устройства или термическое повреждение остальных светодиодов током перегрузки исключается.

Следует отметить, что с помощью схемы может компенсироваться не только отказ одной ветви, но и при прерывании нескольких ветвей остальные ветви надежно защищаются от перегрузки и связанного с этим отказа других светодиодов. Тем самым можно избежать снижения срока службы работоспособных светодиодов, так что после отказа отдельных светодиодов необходимо будет заменить только эти светодиоды. До замены дефектных светодиодов светодиодное устройство может продолжать работать без каких-либо проблем, без вызванного перегрузкой отказа других светодиодов или даже полного отказа всего устройства.

В принципе, число ветвей, параллельно работающих в соответствующей изобретению схеме, является любым и ограничивается только производительностью источника тока. То же самое справедливо для числа светодиодов на ветвь. Однако с учетом оптимальных условий функционирования необходимо обращать внимание на то, что светодиоды выбираются таким образом, что все светодиоды в устройстве имеют сопоставимую характеристику, например, относительно температурной зависимости прямого напряжения, так что частичные токи в отдельных ветвях при нормальных рабочих условиях не отличаются друг от друга существенным образом. Это также обеспечивает то, что все светодиоды светятся с приблизительно одинаковой яркостью.

Соответствующая изобретению схема позволяет также эксплуатировать светодиодное устройство с током, максимально допустимым для применяемого типа светодиодов. Тем самым отсутствует необходимость того, чтобы для компенсации возможного отказа отдельной ветви отдельные ветви эксплуатировать с током, сниженным на соответствующий запас по надежности.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения схема выполнена таким образом, чтобы подавать управляющее напряжение на источник тока, причем рабочий параметр является регулируемым на основе высоты управляющего напряжения. Тем самым могут использоваться общепринятые источники тока, которые на своем регулирующем входе ожидают напряжение в качестве параметра регулирования.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения схема содержит устройство для обеспечения управляющего напряжения, которое содержит множество первых диодов, катоды которых соединены друг с другом в опорной узловой точке управляющего напряжения, и множество вторых диодов, причем в рабочем состоянии соответствующий катод каждого второго диода на выводе ветви соединен с ветвью, и множество первых сопротивлений, которые на своем первом выводе соединены с первым источником вспомогательного напряжения, а на своем втором выводе соединены с анодом соответствующего первого диода и анодом соответствующего второго диода, так что потенциал на опорной узловой точке управляющего напряжения зависит от наивысшего потенциала в точках подключения ветвей.

Посредством этого устройства также возможно потенциал на опорной узловой точке управляющего напряжения устанавливать таким образом, что он всегда является мерой для потенциала той ветви в ее точке подключения ветви, в которой протекает максимальный частичный ток.

Предпочтительным образом устройство для обеспечения управляющего напряжения содержит последовательную схему делителя напряжения с первым, вторым и третьим сопротивлением делителя напряжения, причем первый, соответствующий первому сопротивлению делителя напряжения, вывод последовательной схемы делителя напряжения соединен с первым источником вспомогательного напряжения, а второй, соответствующий третьему сопротивлению делителя напряжения, вывод последовательной схемы делителя напряжения соединен с опорным потенциалом, причем соединение между вторым и третьим сопротивлением делителя напряжения соединено с катодами первых диодов и, тем самым, образует упомянутую опорную узловую точку управляющего напряжения, и причем управляющее напряжение обеспечено в соединении между первым и вторым сопротивлением делителя напряжения. За счет этого из потенциала в опорной узловой точке управляющего напряжения может вырабатываться управляющее напряжение, подходящее для управления источником тока.

Предпочтительным образом соединение между первым и вторым сопротивлением делителя напряжения может быть соединено с выходом схемы защиты от перенапряжения, которая выполнена с возможностью формирования сигнала перенапряжения, на основе которого рабочий параметр, обеспечиваемый источником тока, снижается, если рабочее напряжение, приложенное на входе схемы защиты от перенапряжения, превышает заданное максимальное значение. Тем самым для дополнительной защиты светодиодного устройства от токов перегрузки реализуется ограничение выходного напряжения, вырабатываемого источником тока.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения устройство для обеспечения управляющего напряжения содержит множество вторых сопротивлений, которые своим первым выводом соединены с опорным потенциалом, а своим вторым выводом - с соответствующей точкой подключения ветви. Эти сопротивления служат для выработки определенного потенциала в точках подключения ветвей в зависимости от частичных токов, на основе которых в конечном счете обеспечивается соответствующее управляющее напряжение.

В другой предпочтительной форме выполнения схема содержит средства распознавания для распознавания существенного повышения электрического сопротивления или прерывания в ветви. С помощью этих средств распознавания является возможным распознать отказ светодиодов в одной или нескольких ветвях.

Предпочтительным образом средства распознавания содержат множество третьих диодов, из которых каждый своим катодом соединен с вторым выводом одного из вторых сопротивлений, а своим анодом через четвертое сопротивление делителя напряжения соединен с вторым источником вспомогательного напряжения, причем в соединении между анодами третьих диодов и четвертым сопротивлением делителя напряжения предусмотрен вывод, на котором обеспечивается сигнал распознавания. Этот сигнал распознавания выдается, если на узловой точке, образованной между вторым выводом одного из вторых сопротивлений и катодом третьего диода, происходит изменение потенциала ввиду повышения электрического сопротивления или прерывания в ветви светодиодного устройства.

Предпочтительным образом источник тока содержит импульсный стабилизатор, в частности повышающий преобразователь. Повышающие преобразователи предоставляют рабочее напряжение, которое выше, чем входное напряжение повышающего преобразователя, так что простыми средствами также могут управляться светодиодные устройства, в которых сумма прямых напряжений последовательно включенных светодиодов выше, чем входное напряжение, предоставленное для схемы. Тем самым может применяться схема, например, в связи с солнечными генераторами тока, которые, как правило, предоставляют в распоряжение постоянное напряжение 12 В.

Предпочтительным образом источник света содержит средства для тактируемого управления импульсным стабилизатором. За счет выбора подходящей тактовой частоты и/или подходящего тактового отношения может изменяться рабочий параметр источника тока.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения схема содержит средства регулирования света светодиодного устройства.

Средства регулирования света могут содержать, например, модуляцию длительности импульса (широтно-импульсную модуляцию), посредством которой рабочий ток тактируется с определенной частотой. При этом частота прерываний выбирается таким образом, что человеческий глаз не воспринимает их как мерцание. Коэффициент манипуляции, то есть отношение времени включения к времени выключения определяет при этом яркость света, излучаемого светодиодным устройством. За счет широтно-импульсной модуляции рабочего тока возможно в значительной мере свободное от помех регулирование света светодиодного устройства.

Средства регулирования света могут предусматриваться предпочтительным образом между первыми выводами вторых сопротивлений и опорным потенциалом.

Предпочтительным является, если схема имеет модуль интерфейса для передачи данных, который выполнен с возможностью обеспечения сигнала ошибки на основе распознавания существенного повышения сопротивления или прерывания в ветви. Модуль интерфейса обеспечивает возможность уведомления об отказе ветви светодиодного устройства посредством беспроводной или проводной связи. Если несколько соответствующих изобретению схем скомпоновано в одном рабочем блоке, например в случае уличного освещения, при котором большое количество светильников должно контролироваться, то становится возможным быстро идентифицировать дефектные светильники, если этот сигнал ошибки содержит адресные данные, которые позволяют идентифицировать дефектные светильники. Отпадает необходимость проверять светильники с регулярными интервалами на их работоспособность путем их осмотра.

Согласно предпочтительной форме выполнения модуль интерфейса выполнен с возможностью формировать сигнал ошибки на основе снижения напряжения, обеспечиваемого на анодах третьих диодов.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения светодиодный модуль содержит светодиодное устройство с несколькими параллельно включенными ветвями из одного или нескольких включенных последовательно светодиодов и схему для управления светодиодным устройством согласно предложенному изобретению.

В принципе также возможно в светодиодном модуле скомпоновать две или более соответствующих изобретению схем с соответствующим светодиодным устройством, причем все схемы светодиодного модуля соединены с единственным модулем интерфейса. Этот общий модуль интерфейса имеет, следовательно, множество входов, посредством которых может контролироваться соответствующая схема, предусматриваемая изобретением. При этом выдаваемый сигнал ошибки может содержать данные о том, какая из контролируемых схем фактически имеет неисправность.

Другие предпочтительные формы выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах и в описании.

Изобретение далее описывается с помощью примерной формы выполнения со ссылками на чертеж, на котором показана схема электрических соединений соответствующей изобретению схемы или соответствующего изобретению светодиодного модуля.

Соответствующая изобретению схема 10 включает в себя известный, выполненный как повышающий преобразователь источник 12 тока, который содержит устройство из множества индуктивностей и емкостей, диода Шоттки S1 и МОП-транзистора М1. Кроме того, предусмотрена интегральная схема возбудителя IC1, которая на его выходе DRV возбудителя соединена с МОП-транзистором М1. Последний тактируется интегральной схемой возбудителя IC1, чтобы в конечном счете входное напряжение, приложенное на входных клеммах К1, К2 источника 12 тока, преобразовать в рабочее напряжение, которое предоставляется между выходной клеммой К3 и опорным потенциалом, то есть общей массой.

Интегральная схема возбудителя IC1 своими массовыми выходами GND соединена с опорным потенциалом и имеет управляющий вход SE. Высота предоставленного источником 12 тока рабочего напряжения зависит при этом от высоты приложенного на управляющем входе SE управляющего напряжения. Если в качестве интегральной схемы возбудителя IC1 используется схема типа Elmos E910.26, то управляющее напряжение <1,22 В приводит к повышению рабочего напряжения, в то время как управляющее напряжение >1,22 В приводит к снижению рабочего напряжения.

Кроме того, интегральная схема возбудителя IC1 на выходе UH1 вспомогательного напряжения предоставляет первый источник вспомогательного напряжения. Высота вспомогательного напряжения составляет 5 В в случае Elmos E910.26.

Светодиодное устройство 14 включает в себя четыре параллельно включенные ветви S1-S4 из соответственно четырех последовательно включенных светодиодов 16, причем выводы анодной стороны ветвей S1-S4 соединены друг с другом и с выходом К3 источника 12 тока, и соответствующий вывод катодной стороны ветви S1-S4 соединен с соответствующей точкой АР1-АР4 подключения ветви схемы 10.

Понятно, что как число светодиодов 16 на ветвь S1-S4, так и число ветвей S1-S4 приведено только в качестве примера. В соответствующей изобретению схеме 10 могут подключаться светодиодные устройства, в которых как число светодиодов на ветвь, так и число ветвей больше или меньше чем четыре.

Схема 10 имеет четыре первых диода D11-D14, катоды которых в опорной узловой точке КР1 управляющего напряжения соединены друг с другом. Кроме того, предусмотрены четыре вторых диода D21-D24, соответствующие катоды которых соединены с соответствующей точкой АР1-АР4 подключения ветви. Четыре первых сопротивления R11-R14 своим первым выводом соединены с выходом UH1 вспомогательного напряжения интегральной схемы возбудителя IC1. Соответствующий второй вывод сопротивлений R11-R14 соединен с анодом соответствующего первого диода D11-D14 и анодом соответствующего второго диода D21-D24.

Четыре вторых сопротивления R21-R24 своим первым выводом соединены друг с другом, в то время как второй вывод соответствующего второго сопротивления R21-R24 соединен с соответствующей точкой АР1-АР4 подключения ветви.

В первом варианте соединенные друг с другом первые выводы вторых сопротивлений R21-R24 соединены непосредственно с опорным потенциалом.

Во втором варианте соединенные друг с другом первые выводы вторых сопротивлений R21-R24 соединены со схемой 18 регулирования света, которая в зависимости от приложенного на входе К5 схемы 18 регулирования света тактируемого управляющего сигнала вторые выводы сопротивлений R21-R24 посредством МОП-транзистора М2 по выбору соединяет с опорным потенциалом. Схема 18 регулирования света работает по принципу широтно-импульсной модуляции, то есть отношение времени включения к времени выключения МОП-транзитора М2 определяет яркость света, излучаемого светодиодным устройством 14.

В качестве средства для распознавания ошибки из-за отказа ветви предусмотрены четыре третьих диода D31-D34, из который каждый своим катодом соединен со вторым выводом второго сопротивления R21-R24, а своим анодом - через четвертое сопротивление RT4 делителя напряжения - с подключенным к клемме К4 вторым источником вспомогательного напряжения. Второй полюс второго источника вспомогательного напряжения соединен с опорным потенциалом. Принципиально схема 10 может также выполняться для распознавания ошибок и без вышеописанных средств.

Первое сопротивление RT1 делителя напряжения схемы делителя напряжения своим первым выводом соединено с выходом UH1 вспомогательного напряжения или с первыми выводами четырех первых сопротивлений R11-R14, а своим вторым выводом - с узловой точкой КР2 управляющего напряжения. Эта узловая точка КР2 управляющего напряжения в свою очередь соединена с управляющим входом интегральной схемы возбудителя IC1, а также с выводом второго сопротивления RT2 делителя напряжения. Другой вывод сопротивления RT2 делителя напряжения соединен с опорной узловой точкой КР1 управляющего напряжения. Третье сопротивление RT3 делителя напряжения своим первым выводом также соединено с опорной узловой точкой КР1 управляющего напряжения, а своим другим выводом - с опорным потенциалом.

Узловая точка КР2 управляющего напряжения может дополнительно соединяться с выходом схемы 20 защиты от напряжения перегрузки, которая имеет стабилитрон ZD1. Стабилитрон ZD1 соединен с выработанным источником 12 тока рабочим напряжением и через сопротивление с опорным потенциалом. При превышении напряжения пробоя стабилитрона ZD1 в узловой точке КР2 управляющего напряжения происходит повышение управляющего напряжения, так что интегральная схема возбудителя IC1 выработанное источником 12 тока рабочее напряжение снижает до тех пор, пока стабилитрон ZD1 вновь не будет заперт.

В качестве средств для распознавания неисправности отказа ветви предусмотрены четыре третьих диода D31-D34, из который каждый своим катодом соединен со вторым выводом соответствующего второго сопротивления R21-R24, а своим анодом через четвертое сопротивление RT4 делителя напряжения с подключенным к клемме К4 вторым источником вспомогательного напряжения. Второй полюс второго источника вспомогательного напряжения соединен с опорным потенциалом. В принципе схема 10 может также выполняться для распознавания неисправности без вышеупомянутых средств.

В дополнение следует отметить, что последняя цифра ссылочных позиций для первых, вторых и третьих диодов D11-D14, D21-D24, D31-D34 и первых и вторых сопротивлений R11-R14 и R21-R24 соответствуют цифрам ссылочных позиций тех ветвей S1-S4 и точкам АР1-АР4 подключения ветви схемы, к которым относятся соответствующие диоды или сопротивления.

Далее сначала описывается функционирование схемы 10 в отношении регулирования рабочего параметра источника 12 тока. Если далее выражение «потенциал» применяется в отношении определенной точки в схеме 10, и ничего более подробного не определяется, то выражение «потенциал» относится к потенциалу или напряжению между этой точкой и опорным потенциалом.

Далее для примера рассматриваются токи, протекающие через ветвь S1 и через относящиеся к этой ветви S1 сопротивления R11-R14 и диоды D11-D14. Через ветвь S1 и через сопротивление R11 протекает частичный ток, который приводит к определенному потенциалу в точке АР1 подключения ветви. Кроме того, незначительный ток протекает от выхода UH1 вспомогательного напряжения через сопротивления RT1, RT2 и RT3 делителя напряжения, из-за чего на опорной узловой точке КР1 управляющего напряжения также возникает определенный потенциал. Состоящая из диодов D11-D14 диодная пара обеспечивает то, что потенциалы в точке АР1 подключения ветви и в опорной узловой точке КР1 управляющего напряжения равны.

Если теперь происходит нарастание протекающего через ветвь S1 частичного тока, например, из-за прерывания в одной из остальных ветвей S2-S4, которое приводит к распределению соответствующего частичного тока на не подвергнутые прерыванию ветви, то из-за этого также повышается потенциал в узловой точке КР3, с которой соединены диоды D11-D14, а также сопротивление R12. Ввиду этого нарастания потенциала в узловой точке КР3, повышается протекание тока через первый диод D11, что вновь ведет к нарастанию потенциала в опорной узловой точке КР1 управляющего напряжения. С этим нарастанием потенциала в опорной узловой точке КР1 управляющего напряжения также связано нарастание напряжения в узловой точке КР2 управляющего напряжения, то есть напряжение, приложенное к управляющему входу SE, увеличивается.

Это увеличение управляющего напряжения приводит к тому, что источник 12 тока свой рабочий параметр, то есть свое выходное напряжение, снижает настолько, что ток в светодиодном устройстве 14 и, в частности, в ветви S1 снижается. За счет этого также снижаются напряжения в узловых точках КР3, КР1 и КР2, пока управляющее напряжение на управляющем входе SE не достигнет своего заданного значения. Вышеописанное регулирование также соответствует и остальным ветвям S2-S4.

Однако для потенциала в опорной узловой точке КР1 управляющего напряжения решающей является только ветвь с максимальным частичным током. Только диод из первых диодов D11-D14, который относится к этой ветви, является проводящим. На остальных диодах приложено, при наблюдении в направлении протекания тока, более низкое напряжение, так что они находятся в слабопроводящем или непроводящем состоянии. Для высоты управляющего напряжения, следовательно, важным является только максимальный из потенциалов, имеющихся в точках АР1-АР4 подключения ветвей.

Если при работе схемы происходит отказ одной из ветвей S1-S4, то ток в оставшихся трех ветвях повысился бы на одну треть. Схема 10 распознает в ветви с максимальным частичным током слишком высокое падение напряжения на втором сопротивлении R21-R24 и регулирует предоставленное на выходе К3 рабочее напряжение для понижения до тех пор, пока вновь не будет протекать максимальный ток на ветвь, заданный посредством расчета схемы.

Далее описывается распознавание неисправности, при котором можно распознавать существенное повышение сопротивления или прерывание в одной из ветвей S1-S4.

Сначала будет вновь рассматриваться ветвь S1. В этой ветви S1 через сопротивление R21 протекает определенный частичный ток, так что соответствующая точка АР1 подключения ветви находится на определенном потенциале. Кроме того, от подключенного к выводу К4 второго источника вспомогательного напряжения протекает некоторый ток через сопротивление RT4 делителя напряжения, третий диод D31 и сопротивление R21. Узловая точка КР4, которая лежит между анодом диода D31 и сопротивлением RT4 делителя напряжения, находится, таким образом, на несколько более высоком потенциале, чем точка АР1 подключения ветви схемы.

Если теперь из-за отказа одного из светодиодов 16 в ветви S1 происходит повышение электрического сопротивления или прерывание тока в этой ветви S1, то потенциал в точке АР1 подключения ветви и, тем самым, на катоде диода D31 снижается. За счет этого уменьшается также потенциал на анодной стороне диода D31, то есть в точке КР4 подключения. Это падение напряжения может детектироваться на выводе К6, который соединен с узловой точкой КР4. Для потенциала на выводе К6 всегда важен наиболее низкий из потенциалов в точках АР1-АР4 подключения ветвей.

В заключение функционирование схемы будет пояснено для следующих взятых для примера значений сопротивления:

R11-R14: соответственно 5,66 кОм,

R21-R24: соответственно 1,5 кОм,

RT1: 22 кОм,

RT2: 4 кОм,

RT3: 1 кОм,

RT4: 14 кОм,

Частичный ток в ветви S1: 350 мА,

Заданное значение управляющего напряжения: 1,22 В,

Напряжение на выходе вспомогательного напряжения UH1: 5 В,

Вспомогательное напряжение на выводе K4: 5 В.

Сначала будет пояснена часть схемы, которой касается регулирование.

При токе 350 мА в ветви S1, как это характерно для белого светодиода высокой мощности, в точке АР1 подключения ветви измеряется напряжение 0,525 В. Через сопротивление RT1 делителя напряжения протекает ток 172 мА (= (5 В - 1,22 В)/22 кОм). Этот ток протекает через сопротивления RT2 и RT3 делителя напряжения, так как диод D4 схемы защиты от перенапряжений включен в направлении запирания. Напряжение на опорной узловой точке КР1 делителя напряжения из-за диодной пары D11/D21 при 0,53 В (= 1,22 В - 172 мА·4 кОм) почти настолько же высокое, что и в точке АР1 подключения ветви. Если ввиду нарастания тока в ветви S1 происходит рост потенциала в точке АР1 подключения ветви, то меньший ток протекает через диод D21, но зато более высокий ток через диод D11, что приводит к увеличению потенциала в опорной узловой точке КР1 делителя напряжения и, как следствие, к повышению управляющего напряжения на управляющем входе SE.

Далее поясняется часть схемы, которая относится к распознаванию неисправностей.

Как уже упоминалось, при токе 350 мА в ветви S1 в точке АР1 подключения ветви и, тем самым, на катоде диода D31 приложено напряжение 0,525 В. Ввиду прямого напряжения диода D31 это напряжение повышается на анодной стороне на прямое напряжение диода, так что на практике устанавливается значение примерно 0,643 В на выводе К6.

При прерывании или существенном повышении сопротивления в ветви S1 потенциал в точке АР1 подключения ветви и, тем самым, на катоде диода D31 уменьшается теоретически до 0 В. На практике на выводе К6 получается напряжение, примерно равное 0,317 В.

Для пояснения измеренных значений следует заметить, что ток, протекающий через сопротивление RT4 делителя напряжения, распределяется на все четыре диода D31-D34, если ни одна из ветвей S1-S4 не прервана. Прямые напряжения диодов D31-D34 в этом случае будут становиться несколько ниже, чем в случае прерывания ветви S1, когда весь ток, протекающий через сопротивление RT4 делителя напряжения, течет только через один диод D31. К тому же токи утечки через включенные теперь в направлении запирания остальные три диода D31-D34 дополнительно приводят к некоторому повышению потенциала.

Однако названные различия напряжения позволяют осуществлять надежное обнаружение. Например, в представленном примере в качестве порогового значения выбирается 0,5 В.

На выводе К6 может быть подключен непоказанный модуль интерфейса для передачи данных, который при распознавании снижения потенциала на выводе К6 может выдать соответствующий сигнал неисправности. Передача данных может осуществляться беспроводным или проводным способом, например через управляющую линию, радиосоединение, сеть WLAN или IP соединение. Модуль интерфейса может дополнительно выполняться таким образом, что может осуществляться контроль входного напряжения источника тока.

Кроме того, модуль интерфейса может также брать на себя управление схемой 18 регулирования света.

Наконец, интегральная схема возбудителя IC1 имеет вход включения ON, который соединен с выводом К7, через который вновь может устанавливаться соединение с модулем интерфейса. Через этот вход включения после приема соответствующих команд возможна активация или деактивация источника 12 тока, так что тем самым светодиодное устройство 14 может выключаться без разъединения соединения с входным напряжением.

Например, на модуле интерфейса может использоваться микроконтроллер, который имеет как по меньшей мере один цифровой вход, так и по меньшей мере один вход аналого-цифрового преобразователя. Модуль интерфейса представляет собой в конечном счете универсальный интерфейс с внешней средой, через который возможен как контроль, так и управление светодиодным устройством.

Предложенная схема может применяться, например, в светодиодных осветительных устройствах для светильников внешнего и внутреннего освещения, для светодиодного фонового освещения, для LCD- или TFT-мониторов или для информационных табло и дисплеев со светодиодной матрицей.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 схема

12 источник света

14 светодиодное устройство

16 светодиод

18 схема регулирования света

20 схема защиты от перенапряжения

АР1-АР4 точка подключения ветви

D11-D14 первый диод

D21-D24 второй диод

D31-D34 третий диод

D4 диод

DRV выход возбудителя

GND выход массы

IC1 интегральная схема возбудителя

K1, K2 вход источника света

K3 выход источника света

K4, K6, K7 вывод

K5 вход

KP1 опорная узловая тока управляющего напряжения

KP2 узловая точка управляющего напряжения

KP3, KP4 узловая точка

M1, M2 МОП-транзистор

ON вход включения

R11-R14 первое сопротивление

R21-R24 второе сопротивление

R31-R34 третье сопротивление

S1-S4 ветвь

SD1 диод Шоттки

SE управляющий вход

UH1 выход вспомогательного напряжения

ZD1 стабилитрон

Изобретение относится к области светотехники. светодиодное устройство содержит несколько параллельно включенных ветвей из одного или более последовательно расположенных светодиодов, через которые в рабочем состоянии протекает соответствующая часть рабочего тока, протекающего через светодиодное устройство, и источник тока для предоставления рабочего тока. Схема выполнена таким образом, чтобы распознавать наибольший частичный ток, и обеспечиваемый источником тока рабочий параметр на основе этого наибольшего частичного тока регулировать таким образом, чтобы никакой из частичных токов не превышал заданный максимальный ток. Технический результат - повышение надежности работы устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Схема для эксплуатации светодиодного устройства (14), имеющего множество параллельных ветвей (S1-S4) из одного или более светодиодов (16), соединенных последовательно,
при этом схема содержит множество точек (AP1-AP4) подключения ветвей для соединения схемы с параллельными ветвями (S1-S4) и источник (12) тока для предоставления рабочего тока в параллельные ветви (S1-S4),
причем схема выполнена с возможностью подавать управляющее напряжение на источник (12) тока, при этом источник (12) тока выполнен с возможностью предоставлять рабочий ток в параллельные ветви (S1-S4) на основе управляющего напряжения и при этом схема имеет устройство для формирования управляющего напряжения,
отличающаяся тем, что
упомянутое устройство для формирования управляющего напряжения содержит:
множество первых диодов (D11-D14), каждый из которых имеет катод и анод, причем катоды первых диодов (D11-D14) соединены друг с другом в опорном узле (КР1) управляющего напряжения, и
множество вторых диодов (D21-D24), каждый из которых имеет катод и анод, причем соответствующий катод каждого второго диода соединен с соответствующей одной из точек (АР1-АР4) подключения ветвей, и
множество первых сопротивлений (R11-R14), каждое из которых имеет первый вывод и второй вывод, причем первые сопротивления (R11-R14) своим первым выводом соединены с первым источником (UH1) вспомогательного напряжения, а соответствующий второй вывод каждого первого сопротивления (R11-R14) соединен с анодом соответствующего одного из первых диодов (D11-D14) и с анодом соответствующего одного из вторых диодов (D21-D24).

2. Схема по п.1, отличающаяся тем, что
устройство для обеспечения управляющего напряжения дополнительно содержит последовательную схему делителя напряжения, имеющую первое, второе и третье сопротивление (RT1, RT2, RT3) делителя напряжения,
причем первый вывод последовательной схемы делителя напряжения, соответствующий первому сопротивлению (RT1) делителя напряжения, соединен с первым источником (UH1) вспомогательного напряжения, а второй вывод последовательной схемы делителя напряжения, соответствующей третьему сопротивлению (RT3) делителя напряжения, соединен с опорным потенциалом,
причем соединение между вторым и третьим сопротивлениями (RT2, RT3) делителя напряжения соединено с катодами первых диодов (D11-D14) и, тем самым, образует упомянутый опорный узел (КР1) управляющего напряжения, и
причем управляющее напряжение обеспечено в соединении между первым и вторым сопротивлениями (RT1, RT2) делителя напряжения.

3. Схема по п.1, отличающаяся тем, что устройство для обеспечения управляющего напряжения дополнительно содержит множество вторых сопротивлений (R21-R24), которые своим первым выводом соединены с опорным потенциалом, а своим вторым выводом с соответствующей точкой (АР1-АР4) подключения ветви.

4. Схема по п.3, отличающаяся тем, что второй вывод каждого второго сопротивления (R21-R24) соединен с катодом соответствующего второго диода (D21-D24).

5. Схема по п.3, отличающаяся тем, что содержит средства распознавания для распознавания повышения электрического сопротивления или прерывания в ветви (S1-S4), причем средства распознавания содержат множество третьих диодов (D31-D34), каждый из которых своим катодом соединен со вторым выводом одного из вторых сопротивлений (R21-R24), а своим анодом через четвертое сопротивление (RT4) делителя напряжения соединен со вторым источником вспомогательного напряжения, причем в соединении между анодами третьих диодов (D31-D34) и четвертым сопротивлением (RT4) делителя напряжения предусмотрен вывод (Кб), на котором обеспечивается сигнал распознавания.

6. Схема по п.1, отличающаяся тем, что источник (12) тока содержит импульсный стабилизатор, в частности повышающий преобразователь.

7. Схема по п.6, отличающаяся тем, что источник (12) тока содержит средства для тактируемого управления импульсным стабилизатором.

8. Схема по п.1, отличающаяся тем, что содержит средства (20) для ограничения рабочего напряжения.

9. Схема по п.1, отличающаяся тем, что содержит средства (18) регулирования света для регулирования света светодиодного устройства (14).

10. Схема по п.9, отличающаяся тем, что средства (18) регулирования света выполнены с возможностью осуществления широтно-импульсной модуляции рабочего тока.

11. Схема по п.1, отличающаяся тем, что содержит модуль интерфейса для передачи данных, который выполнен с возможностью обеспечения сигнала неисправности на основе распознавания повышения сопротивления или прерывания в ветви (S1-S4).

12. Схема по п.11, отличающаяся тем, что содержит множество вторых сопротивлений (R21-R24), которые соединены своим первым выводом с опорным потенциалом, а своим вторым выводом с соответствующей точкой (АР1-АР4) подключения ветви, причем схема дополнительно содержит множество третьих диодов (D31-D34), каждый из которых своим катодом соединен со вторым выводом одного из вторых сопротивлений (R21-R24), и причем модуль интерфейса выполнен с возможностью формирования сигнала неисправности на основе снижения напряжения, обеспечиваемого на анодах третьих диодов (D31-D34).

13. Схема по п.11, отличающаяся тем, что содержит средства (18) регулирования света для регулирования света светодиодного устройства (14), причем модуль интерфейса дополнительно выполнен с возможностью управления средствами (18) регулирования света.

14. Схема по п.11, отличающаяся тем, что модуль интерфейса дополнительно выполнен с возможностью контроля входного напряжения, подключенного к схеме.

15. Светодиодный модуль, содержащий
светодиодное устройство (14), имеющее множество параллельно соединенных ветвей (S1-S4) из одного или более расположенных последовательно светодиодов (16), и
схему для эксплуатации светодиодного устройства (14) согласно любому из предыдущих пунктов.