СБОРНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ СИД ДЛЯ ОБЩЕГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F21K99/00 H01L25/00 H01L33/00 F21Y101/02 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

По данной заявке испрошен приоритет по предварительной заявке U.S. с серийным номером 60/978612, озаглавленной «Сборное осветительное устройство на основе СИД для общего освещения», внесенной в реестр 9 октября 2007 года, которая включена сюда в качестве ссылки в полном объеме.

Заявление о правительственном интересе

Это изобретение было сделано при поддержке правительства по гранту № DE-DE-FC26-06NT42932, выданному министерством энергетики США. Правительство США обладает определенными правами на изобретение.

Уровень техники

Герметичные лампы-фары повсеместно распространены и находят множество применений для освещения. Их используют, например, в автомобильных фарах, театральном освещении, уличном архитектурном освещении, авиационных посадочных огнях и точечных источниках света. «Герметичная лампа-фара» является типом лампы, которая включает отражатель и нить накала, выполненные в виде единого блока, над которым наглухо прикрепляют переднюю крышку из линзы, обычно из прозрачного стекла. Широко распространенными размерами герметичных ламп-фар являются PAR56, PAR38 и PAR30, где «PAR» является аббревиатурой от термина параболический алюминиевый отражатель. PAR был принят как величина, не принадлежащая СИ, размером равная одной восьмой дюйма. Например, лампочка PAR38 представляет собой лампочку, имеющую диаметр, равный 4,75 дюймам. Обычными расходимостями световых лучей для герметичных ламп-фар являются широкий, точечный, узкоточечный и очень узкоточечный луч.

Точечные источники света повседневно встречаются в различных торговых, жилых и архитектурных установках. Например, практически все супермаркеты, ночные магазины, аптеки, универмаги, ювелирные магазины, магазины уцененных товаров, розничные дилеры автотранспорта и специальные магазины готового платья освещаются точечными источниками света. Обычные источники света, использующиеся при применении точечного освещения, тем не менее, имеют ряд недостатков.

В частности, флуоресцентные источники света, хотя зачастую эффективные и недорогие, являются слишком рассеянными, чтобы быть эффективными для точечного освещения. Другими словами, эти источники едва ли подходят для области применения, где требуется направленное освещение. В добавление к слабому распространению излучаемого света цветовые температуры этих источников не очень хорошо подходят для многих областей применения. Далее, хотя галогенные лампы проявляют тенденцию к малой предоплатной стоимости, хорошему качеству воспроизведения цвета и хорошему управлению лучом, они обычно довольно неэффективны для области применения точечного освещения, имея эффективность светового излучения в интервале всего лишь 10-20 люмен/ватт. Другой тип ламп, обычно используемый для точечного освещения, представляет собой металлогалогенную лампу с керамической оболочкой («КМГ»). Хотя КМГ лампы могут предложить хороший контроль луча и энергетическую эффективность, они обычно имеют высокую начальную стоимость и могут быть слишком яркими, и не иметь регулирование яркости, что заставляет соседние области часто выглядеть темными на контрасте. Наконец, традиционное освещение лампами накаливания проявляет тенденцию к слишком малой эффективности для области применения точечного освещения.

Принимая во внимание широкое распространение точечного освещения и других типов освещения в целом, огромная экономия энергии с выгодой как для бизнеса и потребителей, так и для окружающей среды может быть реализована, если энергетическую эффективность освещения улучшить не в ущерб эксплуатационным качествам. Несмотря на эти потенциальные возможности экономии энергии и нарастающие проблемы с окружающей средой, которые существуют в мире уже годы, тем не менее, все еще существует потребность в герметичных лампах-фарах, имеющих значительно увеличенную энергетическую эффективность. В частности, существует потребность в высокоэффективном, долговременном и относительно недорогом точечном освещении, способном обеспечивать приятное с эстетической точки зрения освещение со стандартными шаблонами лучей, чтобы подходить к области применения и ожиданиям конечного пользователя.

Появление цифровых технологий освещения, т.е. освещения, основанного на полупроводниковых источниках света, таких как светоизлучающие диоды (СИД), предлагает жизнеспособную альтернативу традиционным флуоресцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИД включают высокую эффективность преобразования энергии и оптическую эффективность, эксплуатационную надежность, меньшую стоимость эксплуатации и многое другое. Более маленький размер, длительность срока службы, низкое потребление энергии и долговечность СИД делают их отличным выбором во множестве областей применения освещения.

Соответственно, желательно было бы обеспечить улучшенное осветительное устройство с использованием СИД источников света с учетом недостатков традиционных технологий при обеспечении качественного освещения. Кроме требуемых высоких свойств цветопередачи, соображения интенсивности освещения включают ряд других требующих соблюдения и значительных критериев, таких как полезное и соответствующее пространственное распределение освещения и белое излучение желаемой цветовой температуры без «ореолов» или других структурных и цветовых искажений. Также желательно, чтобы это осветительное устройство поддерживало обычно встречающиеся конструктивные параметры так, чтобы можно было использовать оборудование, гнезда и электрические соединения, тем самым еще более снижая стоимость и уменьшая потери, связанные с переоборудованием и адаптацией к взаимодействию улучшенного осветительного устройства.

Сущность изобретения

Данное изобретение относится в основном к энергетически эффективному осветительному устройству на основе СИД, имеющему стандартные конструктивные параметры, так что они могут быть использованы с существующим осветительным оборудованием. Конкретнее, различные варианты осуществления данного изобретения направлены на системы освещения с сильным излучением, подходящие для замены традиционных источников освещения. Осуществляя различные идеи изобретения, здесь раскрытые, эти системы объединяют эффективно и компактно источник питания и элементы системы управления для управления высокоинтенсивными СИД вместе с системой управления температурой и оптической системой в осветительное устройство, которое обеспечивается по форме и назначению так, чтобы подходить эквивалентно обычным накаливаемым, флуоресцентным и галогенным устройствам освещения общего назначения. В некоторых вариантах осуществления данное изобретение рассматривает сборное осветительное устройство на основе СИД, которое может излучать пучок с рассеянием, пригодным для точечного освещения, такого как точечное освещение PAR38, используя источник света на основе СИД.

В целом, одним объектом данного изобретения является осветительное устройство, использующее источник света на основе СИД, оптику, соединенную с источником света на основе СИД, теплопоглощающее устройство, соединенное с источником света на основе СИД, базу для механического и электрического соединения с гнездом и корпус, сделанный из неэлектропроводного материала и механически соединенный с базой, где источник света на основе СИД, оптика и теплопоглощающее устройство расположены внутри корпуса.

Другим объектом изобретения является осветительное устройство, использующее источник света на основе СИД, содержащий первый кристалл и второй кристалл, соединенные с подложкой. Первый кристалл сконфигурирован, чтобы излучать первый спектр излучения, и второй кристалл сконфигурирован, чтобы излучать второй спектр излучения. Источник света на основе СИД также использует первичную оптику, имеющую первое структурирование на, по крайней мере, части вышеуказанной оптики, и, дополнительно, вторичною оптику, соединенную с источником света на основе СИД и сконфигурированную, чтобы коллимировать свет, излучаемый источником света на основе СИД, в котором вторичная оптика имеет второе текстурирование. В одном примерном варианте изобретения первичная оптика включает полусферическую линзу, выпуклую в сторону над подложкой.

Другим объектом данного изобретения является осветительное устройство, сделанное по конструктивным параметрам параболического алюминиевого отражателя (PAR) 38. Устройство использует, по крайней мере, один первый СИД для получения первого излучения, имеющего первый спектр, и, по крайней мере, один второй СИД для получения второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра, где в основном белый свет, излучаемый устройством, включает смесь первого излучения и второго излучения. Устройство также использует переключающийся источник питания для обеспечения корректирования коэффициента мощности, рабочего напряжения для, по крайней мере, одного первого СИД и для, по крайней мере, одного второго СИД, первый ток для, по крайней мере, одного первого СИД и второй ток для, по крайней мере, одного второго СИД. Устройство включает базу для механического и электрического соединения с гнездом и корпус, сделанный из неэлектропроводного материала, механически соединенный с базой и сконфигурированный по конструктивным параметрам PAR38, где, по крайней мере, один первый СИД, по крайней мере, один второй СИД и переключающийся источник питания расположены внутри корпуса. Переключающийся источник питания сконфигурирован, чтобы регулировать первый ток и второй ток так, чтобы в основном белый свет, излучаемый устройством, имел цветовую температуру в интервале от примерно 2600 К до 3000 К и излучение порядка примерно 700 люменов на 10 ватт.

Другим объектом данного изобретения является осветительное устройство, использующее, по крайней мере, один первый СИД для получения первого излучения, имеющего первый спектр, и, по крайней мере, один второй СИД для получения второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра. По крайней мере, один первый СИД и, по крайней мере, один второй СИД электрически соединены последовательно между первым узлом и вторым узлом. Ток в последовательной цепи течет между первым узлом и вторым узлом, когда между первым узлом и вторым узлом приложено рабочее напряжение. Переключающийся источник питания обеспечивает корректирование коэффициента мощности и рабочего напряжения. Переключающийся источник питания управляет, по крайней мере, одной управляемой токовой цепью, соединенной параллельно с одним из, по крайней мере, одним первым СИД и, по крайней мере, одним вторым СИД, так, чтобы, по крайней мере, частично отклонить ток последовательной цепи вблизи одного из, по крайней мере, одного первого СИД и, по крайней мере, одного второго СИД так, чтобы первый ток через, по крайней мере, один первый СИД и второй ток через, по крайней мере, один второй СИД были различны.

Другим объектом изобретения является способ управления цветовой температурой белого света, излучаемого осветительным устройством на основе СИД при кратковременном теплообмене. Осветительное устройство на основе СИД включает, по крайней мере, один первый СИД для получения первого излучения, имеющего первых спектр, и, по крайней мере, один второй СИД для получения второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра, где белый свет получается при объединении первого излучения и второго излучения. По крайней мере, один первый СИД и, по крайней мере, один второй СИД электрически соединены последовательно между первым узлом и вторым узлом, и ток последовательной цепи течет между первым узлом и вторым узлом, когда рабочее напряжение приложено между первым узлом и вторым узлом. Способ включает генерацию температурного сигнала, отражающего температуру, близкую к температуре, по крайней мере, одного первого СИД и, по крайней мере, одного второго СИД; и управление, основанное на температурном сигнале, по крайней мере, одной управляемой токовой цепью, соединенной параллельно с одним из, по крайней мере, одним первым СИД и, по крайней мере, одним вторым СИД, так, чтобы, по крайней мере, частично отклонить ток последовательной цепи вблизи одного из, по крайней мере, одного первого СИД и, по крайней мер, одного второго СИД так, чтобы первый ток через, по крайней мере, один первый СИД и второй ток через, по крайней мере, один второй СИД были различны.

Другим объектом изобретения является устройство для управления цветовой температурой белого света, излучаемого источником света на основе СИД при кратковременном теплообмене.

Источник света на основе СИД устанавливают на теплопроводную подложку, и теплопроводная подложка имеет углубление, сделанное в ней, рядом с источником света на основе СИД. Устройство включает плату с печатной схемой, имеющую крепление для установки в углубление, сделанное в теплопроводной подложке. Устройство также включает датчик температуры, расположенный на креплении платы с печатной схемой так, что когда плата с печатной схемой устанавливается в углубление, сделанное в теплопроводной подложке, датчик температуры в основном помещен в теплопроводную подложку рядом с источником света на основе СИД. Устройство также включает множество компонентов, расположенных на плате с печатной схемой и представляющих собой переключающийся источник питания для обеспечения корректирования коэффициента мощности и рабочего напряжения для источника света на основе СИД, причем переключающийся источник питания содержит, по крайней мере, одно управляющее устройство интегральной схемы (ИС).

Здесь для целей данного изложения термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или любой другой тип системы, основанной на инжекции/соединении носителей заряда, который способен образовывать излучение под действием электрического сигнала. Таким образом, термин СИД включает, хотя и не ограничивается этим, различные структуры, основанные на полупроводниках, которые излучают свет при воздействии тока, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИД), электролюминесцентные пластинки и тому подобное. В частности, термин СИД относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконфигурированы, чтобы образовывать излучение в одном или более из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных частей видимого спектра (в основном, включающего длины волн излучения от примерно 400 нанометров до примерно 700 нанометров). Некоторые примеры СИД включают, но не ограничены этим, различные типы инфракрасных СИД, ультрафиолетовых СИД, красных СИД, синих СИД, зеленых СИД, желтых СИД, СИД янтарного оттенка, оранжевых СИД и белых СИД (рассмотрено подробно далее). Также следует принять во внимание, что СИД могут быть сконфигурированы и/или управляемы, чтобы образовывать излучение, имеющее различную ширину спектра (например, полная ширина на половине максимума, или FWHM) для заданного спектра (например, узкая ширина спектра, широкая ширина спектра), и множество преобладающих длин волн внутри заданной основной цветовой классификации.

Термин «спектр» следует понимать как относящийся к любой одной или более частотам (или длинам волн) излучения, образованного одним или более источником света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только видимого диапазона, но также к частотам (или длинам волн) в инфракрасном, ультрафиолетовом и других областях всего электромагнитного спектра. Также заданный спектр может иметь относительно узкую ширину спектра (например, FWHM, имеющий в общем несколько компонентов с частотами или длинами волн) или относительно широкую ширину спектра (несколько компонентов с частотами и длинами волн, имеющие различные относительные силы). Следует также принять во внимание то, что заданный спектр может быть результатом смешивания двух или более других спектров (например, смешивания излучения, соответственно излученного из многочисленных источников света). Для целей данного описания термин «цвет» используется взаимозаменяемо с термином «спектр». Тем не менее, термин «цвет» обычно используют изначально по отношению к свойству излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя этот вариант использования не предполагает ограничения полного значения этого термина). Соответственно, термины «различные цвета» неявно относятся к множеству спектров, имеющих компоненты с различными длинами волн и/или шириной спектра. Также следует принять во внимание, что термин «цвет» может быть использован в описании как белого, так и не белого света.

Термин «цветовая температура» обычно используется здесь в описании белого света, хотя этот вариант использования не предполагает ограничения полного значения этого термина. Цветовая температура в основном относится к определенному содержимому цвета или оттенку (например, красноватый, синеватый) или белому свету. Цветовая температура данного образца излучения традиционно характеризуется в соответствии с температурой в градусах Кельвина (К) излучателя из абсолютно черного тела, который излучает примерно в том же спектре, что и образец излучения в задаче. Цветовая температура излучателя из абсолютно черного тела обычно лежит в интервале от примерно 700 градусов К (обычно считается первой видимой человеческому глазу) до более чем 10000 градусов К; белый свет обычно воспринимается при цветовой температуре выше 1500-2000 градусов К.

Более низкие цветовые температуры обычно указывают на то, что белый свет имеет более значительную красную составляющую или «более теплое восприятие», в то время как более высокие цветовые температуры обычно указывают на то, что белый свет имеет более значительную синюю составляющую или «более холодное восприятие». В качестве примера, огонь имеет цветовую температуру порядка 1800 градусов К, традиционная лампа накаливания имеет цветовую температуру порядка 2848 градусов К, ранний утренний дневной свет имеет цветовую температуру порядка 3000 градусов К, и пасмурное полуденное небо имеет цветовую температуру порядка 10000 градусов К. Цветное изображение, осматриваемое при белом свете, имеющем цветовую температуру порядка 3000 градусов К, имеет относительно красноватый оттенок, тогда как то же самое цветное изображение, рассматриваемое при белом свете, имеющем цветовую температуру порядка 10000 градусов К, имеет относительно синеватый оттенок.

Термин «управляющее устройство» используется здесь, в основном чтобы описать различные устройства, относящиеся к управлению одним или более источником света. Управляющее устройство может быть осуществлено многочисленными способами (например, таким как специализированное оборудование), чтобы выполнять различные задачи, обсуждаемые здесь. «Процессор» является одним примером управляющего устройства, которое использует один или более микропроцессоров, которые можно программировать, используя программное обеспечение (например, микрокод), чтобы выполнять различные задачи, обсуждаемые здесь. Управляющее устройство может быть осуществлено с или без использования процессора и также может быть осуществлено как комбинация специализированного оборудования, выполняющего определенные задачи, и процессора (например, одного или более программируемых микропроцессоров и связанных схем), выполняющих другие задачи. Примеры управляющих устройств, которые могут быть использованы в различных вариантах осуществления данного рассмотрения, включают, но этим не ограничиваются, универсальные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

В различных вариантах осуществления процессор или управляющее устройство могут быть связаны с одним или более хранителями информации (обычно называемыми здесь как «память», например энергозависимая и энергонезависимая память компьютера, такая как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, гибкие диски, компакт-диски, оптические диски, накопители на магнитной ленте и т.д.). В некоторых вариантах осуществления хранитель информации может быть закодирован с одной или более программами, что, при использовании на одном или более процессорах и/или управляющих устройствах, позволяет выполнять, по крайней мере, некоторые задачи, обсуждаемые здесь. Различные хранители информации могут быть зафиксированы внутри процессора или управляющего устройства или могут быть транспортируемыми так, что одна или более программ, хранящихся на них, могут быть загружены в процессор или управляющее устройство для того, чтобы осуществить различные аспекты данного описания, обсуждаемые здесь. Термины «программа» или «компьютерная программа» используются здесь в общем смысле, относясь к любому типу компьютерного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может быть использован, чтобы программировать один или более процессоров или управляющих устройств.

Стоит обратить внимание, что все комбинации вышеупомянутых концепций и дополнительных концепций, которые детально обсуждаются ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимоисключающими), рассмотрены как часть объекта изобретения, здесь раскрытого. Следует также обратить внимание, что терминологию, однозначно используемую здесь, которая также может появиться в любом изложении, включенном посредством ссылки, следует соотнести со значением, наиболее согласующимся с определенными концепциями, здесь раскрытыми.

Краткое описание чертежей

На чертежах одинаковые номера позиций в основном относятся к одним и тем же частям на разных чертежах. Также чертежи необязательно изображать в масштабе, вместо этого обычно особое внимание уделяется принципиальному изображению.

Фиг.1A и 1B изображают перспективный вид спереди и сзади, соответственно, осветительного устройства на основе СИД в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.2 изображает осветительное устройство на основе СИД с фиг.1A-1B в разобранном виде;

фиг.3 изображает вид в поперечном разрезе осветительного устройства на основе СИД с фиг.1A-1B, схематично изображая состыкованный источник питания в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.4 является видом в крупном масштабе, изображающим относительное расположение модуля СИД и теплового соединителя, изображенных на фиг.3;

фиг.5 является видом сверху, схематически изображающим схему расположения кристаллов СИД модуля СИД в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.6A и 6B являются видами сбоку, изображающими модули СИД, включая текстурирование в соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения;

фиг.6С является боковым видом, изображающим один вариант осуществления линзы 203 фиг.6A-6B, где линза имеют выпуклую полусферическую форму;

фиг.7A-7B изображают вид в перспективе и вид в поперечном разрезе, соответственно, оптики отражателя, изображенной на фиг.2-3;

фиг.8 изображает вид в перспективе применения в области точечного освещения осветительного устройства на основе СИД в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.9A-9C изображают вид сверху, вид сбоку и вид в поперечном разрезе, соответственно, корпуса, в котором различные компоненты осветительного устройства на основе СИД могут быть расположены в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.9D изображает альтернативный корпус изображенному на фиг.9A-9C;

фиг.10A и 10C изображают в разобранном виде и изображают собранный вид в поперечном разрезе, соответственно, осветительного устройства на основе СИД в соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.10B изображает вид сверху крышки из линзы осветительного устройства на основе СИД с фиг.10А;

фиг.11 является видом сверху, изображающим относительное расположение модуля СИД и теплопоглощающего устройства с фиг.10А;

фиг.12A-12B изображают вид сбоку и вид сверху, соответственно, модуля СИД и кольцеобразной платы с фиг.10А;

фиг.13A и 13B изображают альтернативные варианты конфигурации модуля СИД и гибкой платы в соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения;

фиг.14 изображает вид в крупном масштабе различных компонентов освещающего устройства с фиг.10А;

фиг.15 является обобщенной структурной схемой, изображающей различные электрические компоненты источника питания для различных последовательно соединенных нагрузок в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.16 является принципиальной схемой, изображающей ступень корректирования коэффициента мощности источника питания, изображенного на фиг.15, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.17 является принципиальной схемой, изображающей ступень корректирования коэффициента мощности источника питания, изображенного на фиг.15, вместе с присоединенным управляющим устройством в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

фиг.18 является принципиальной схемой, изображающей ступень управления нагрузкой источника питания, изображенного на фиг.15, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.19 является принципиальной схемой, изображающей ступень управления нагрузкой источника питания, изображенного на фиг.15, вместе с присоединенным устройством управления в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.20 изображает схему технологического процесса, изображающую способ компенсации температуры, осуществленный устройством управления с фиг.19, для управления ступенью управления нагрузкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

фиг.21 изображает две точечные зависимости цветовой температуры излучаемого света от времени, основанные на способе компенсации температуры с фиг.20, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения; и

фиг.22 изображает примерную конфигурацию платы с печатной схемой, на которой расположен источник питания с фиг.15, и соединение платы с печатной схемой с подложкой, несущей СИД нагрузку в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание

Различные варианты осуществления данного изобретения и связанные идеи изобретения описаны ниже, включая определенный вариант осуществления, относящийся к PAR38 осветительным устройствам. Следует принять во внимание, тем не менее, что данное изобретение не ограничено никаким определенным вариантом осуществления, и что различные варианты осуществления, подробно обсуждаемые здесь, в первую очередь приведены в качестве иллюстраций. Например, различные концепции, обсуждаемые здесь, могут подходить для использования в различных осветительных устройствах, имеющих различные конструктивные параметры и выходное освещение.

Как упомянуто выше, некоторые объекты изобретения раскрыты здесь относительно осветительных систем высокой производительности, подходящих для замены традиционных источников света. Эти системы объединяют эффективный и компактный источник питания и элементы системы управления для управления высокоинтенсивными СИД вместе с системой управления температурой и оптической системой в осветительное устройство, которое обеспечивается по форме и назначению так, чтобы подходить эквивалентно обычным накаливаемым, флуоресцентным и галогенным устройствам освещения общего назначения. Заявители заметили и приняли во внимание, что ни компонент, ни подсистема высокоинтенсивного осветительного устройства на основе СИД не могут быть выполнены отдельно, и что исполнение системы является результатом взаимосвязанных технических решений. Таким образом, воздействие при выборе конструкции в одной области системы может иметь нежелательные последствия в других областях СИД источника. Например, попытка генерировать большее излучение из СИД источника может сказаться на увеличении плотности мощности, увеличивая тепловую нагрузку, и, в свою очередь, на общей эффективности системы. Управление ограничениями кристаллов и блоков может привести к эффектам уменьшения, с которыми необходимо обращаться путем тщательного учета оптики. Соответственно, в подходе, раскрытом в деталях ниже, пытаются оптимизировать эффективность и геометрию СИД источника с помощью различных концепций устройства системы, включающих управление температурой и управление мощностью.

Фиг.1А и 1B изображают один не ограничивающий пример осветительного устройства 100 на основе СИД в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Осветительное устройство 100 включает базу с резьбой 110, корпус базы 120, теплопоглощающее устройство 130, крышку из линзы 140 и оптику отражателя 160, описанные более детально ниже. База с резьбой 110 сконфигурирована, чтобы закручиваться в стандартные гнезда осветителей для питания переменным напряжением осветительного устройства 100, и, следовательно, может являться базой с резьбой типа Эдисона или любой другой подходящей базой с резьбой. Корпус базы 120 может быть сделан из металла или ударостойкого пластикового материала, такого как, например, акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), путем любого традиционного процесса, такого как литье под давлением. В различных вариантах осуществления данного изобретения корпус базы 120 имеет тепловыделяющие детали, такие как пластины 121 (изображены на фиг.2, описаны ниже), которые полезны для передачи тепла и/или для облегчения потока охлаждающего воздуха через осветительное устройство. Корпус базы соединен с теплопоглощающим устройством 130 путем традиционных средств крепления, например винтов 125.

Теплопоглощающее устройство 130 сделано из теплопроводного материала, например алюминия, и сконфигурировано, чтобы способствовать тепловыделению, при этом оставаясь относительно легким. Например, в одном варианте осуществления теплопоглощающее устройство 130 имеет похожую на клетку конструкцию и включает множество тепловыделяющих пластин 135, распределенных по отдельности, обеспечивая существенную площадь поверхности для тепловыделения. Теплопоглощающее устройство 130 может быть обработано для улучшения тепловыделения путем, например, пескоструйной обработки.

Крышка из линзы 140 может быть сделана из любого известного прозрачного материала, такого как стекло, акрила или поликарбоната. Крышка из линзы 140 насаживается на теплопоглощающее устройство 130 и затем закрепляется любыми традиционными крепежными средствами или соединителем(ями), такими как винты. В одном варианте осуществления, как изображено на фиг.1A-1B, осветительное устройство на основе СИД 100 имеет конструктивные параметры лампы PAR38, так что его самый большой диаметр составляет 4,75 дюйма. Другие конструктивные параметры также возможны.

Обратимся теперь к фиг.2 и 3, где изображение в разобранном виде и вид в поперечном разрезе, соответственно, осветительного устройства 100 показывают детали, помещенные внутри корпуса базы 120 и теплопоглощающего устройства 130. В различных вариантах осуществления данного изобретения в корпус базы 120 помещен модуль источника питания и электроники управления 414 (также называемый здесь просто как «источник питания»), включающий одну или более платы с печатной схемой 175, имеющие управление мощностью, и задающие части цепи 180, расположенные на них (например, источник питания, управляющее устройство/процессор, и/или части с памятью и т.д.) для управления и контроля светоизлучающих диодов (СИД), установленных в модуле СИД 150, описанном более детально ниже.

Источник питания 414 может иметь различные конфигурации с целью оптимизации его производительности, при этом принимая во внимание ограничения в пространстве корпуса базы. Например, в одном варианте осуществления, как тот, что показан на фиг.2 и 3, источник питания включает множество плат с печатной схемой, скомпонованных одна на другой и закрепленных в корпусе базы на желаемых интервалах. Платы электрически соединены с помощью проводов, проходящих между ними. В другом варианте осуществления данного изобретения длинная (например, гибкая) плата вставляется в пространство, обеспечиваемое внутри корпуса базы, путем, например, прокатывания или наматывания. В еще одном варианте осуществления одна плата крепится перпендикулярно нагреву, как описано со ссылкой на фиг.10А и 10С ниже. Другие конфигурации также возможны.

Некоторые основные примеры освещающих объектов на основе СИД и способов управления ими, подходящие для использования совместно с осветительными устройствами в соответствии с данным изложением, можно найти, например, в патентах US №№ 6016038 и 6211626. Также, некоторые основные примеры цифрового регулирования мощности и объединенного управления мощностью и информацией внутри СИД устройства, подходящие для использования совместно с осветительными устройствами в соответствии с данным изложением, можно найти, например, в патенте US № 7233115, патенте US № 7256554 и заявке на патент US с серийным № 12/113320, каждый из которых включен сюда в качестве ссылки. Некоторые специфические примеры источников питания и электроники управления в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения обсуждаются детально ниже, связанные с фиг.15-22.

Электрические соединения между источником напряжения 414 и модулем СИД 150 могут быть осуществлены любым подходящим способом, таким как через дырки в базе теплопоглощающего устройства 130. Другие формы или взаимные соединения также возможны.

В различных вариантах осуществления данного изобретения, и как изображено на фиг.3, тепловой соединитель 190 расположен между модулем СИД 150 и теплопоглощающим устройством 130, чтобы обеспечить тепловую проводимость между ними, чтобы улучшить тепловыделение. Тепловой соединитель 190 сделан из теплопроводного материала, такого как медь, и соединен с задней частью модуля СИД путем индуктивного спаивания или любого другого подходящего способа. Эта конфигурация минимизирует число тепловых зазоров между модулем СИД 150 и теплопоглощающим устройством 130 и, в свою очередь, уменьшает тепловое сопротивление относительно модуля СИД. Тепловой соединитель 190 может принимать форму пробки или заглушки, как показано на фиг.3, которую вставляют в углубление или выемку в теплопоглощающем устройстве, или может быть любой другой подходящей формы. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления тепловой соединитель 190 может быть сформирован как тонкий слой на теплопоглощающем устройстве, или как одна или более металлических линий, например медных, сформированных на части поверхности теплопоглощающего устройства 130. Модуль СИД может затем быть припаян к металлической линии(ям), например, путем индуктивного припаивания.

Фиг.4 является видом в крупном масштабе теплового соединителя 190, модуля СИД 150 и части теплопоглощающего устройства 130, внешние края которого показаны пунктирными линиями, чтобы обозначить, что изображена только часть теплопоглощающего устройства. Как изображено, в одном не ограничивающем варианте исполнения тепловой соединитель 190 не заделан заподлицо в теплопоглощающее устройство 130, но определенно выступает над поверхностью теплопоглощающего устройства 130 на величину Z₁. Таким образом, модуль СИД 150 располагается над теплопоглощающим устройством на расстоянии Z₁. Путем такого расположения модуля СИД 150 над поверхностью теплопоглощающего устройства расположение модуля СИД 150 по отношению к оптике отражателя 160 (изображено на фиг.3) может быть оптимизировано. Таким образом, расстояние Z₁ может принимать любое подходящее значение, например быть равным 0,5 мм, 1 мм или любому другому подходящему значению.

Модуль СИД 150 может принимать любую подходящую форму, так как различные объекты изобретения не ограничены использованием какого-либо определенного типа СИД источников света. Фиг.5 и 6А-6С изображают примеры деталей, которые модуль СИД 150 может в себя включать. Тем не менее, следует принять во внимание, что эти детали являются только дополнительными, и что возможны другие формы модуля СИД 150.

Как изображено на фиг.5, в соответствии с одним вариантом изобретения модуль СИД 150 включает подложку 206 (например, плату с печатной схемой), на которой расположены многочисленные кристаллы СИД 202 и 204. Свойства отдельного СИД кристалла выбираются с целью обеспечить определенный тип выходного света, желаемого для осветительного устройства на основе СИД 100. Например, в различных вариантах осуществления первый тип кристаллов СИД 202 может включать одно или более объединений СИД для генерации первого излучения, имеющего первый спектр, и второй тип кристаллов СИД 204 может включать одно или более объединений СИД для генерации второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра. При том что приведен основной пример с двумя разными типами СИД осветительного устройства, следует принять во внимание, что множество разных типов СИД могут использоваться вместе в различных количествах/комбинациях, чтобы обеспечить конечный свет, основанный на сложении соответствующих различных источников спектров.

В одном примерном варианте осуществления данного изобретения светоизлучающие свойства кристалла СИД соответственно выбираются так, чтобы обеспечить белый свет желаемой цветовой температуры. Например, один вариант осуществления модуля СИД, сконфигурированный, чтобы генерировать в основном белый свет, может включать определенное количество кристаллов, которые соответственно излучают различные спектры электролюминесценции, что в сочетании складывается в форму в основном белого света. В другом варианте осуществления СИД белого света может быть связан с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, во второй отличный спектр. В одном примере этого варианта осуществления электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и спектр с узкой шириной спектра, «накачивается» кристаллическим люминофором, который в свою очередь излучает излучение с большей длиной волн и каким-то более широким спектром.

Ссылаясь на фиг.5, слой кристаллов СИД (или блок) в модуле СИД 150 выбирают, чтобы обеспечить тип совместного света, желаемого для осветительного устройства на основе СИД 100. В определенных вариантах осуществления осветительное устройство на основе СИД 100 излучает белый свет заранее установленной цветовой температуры или ряда цветовых температур. В различных вариантах осуществления слой содержит совокупность СИД направленного излучения (например, в основном монохроматическое излучение или излучение с узкой шириной спектра) и люминесцентно-преобразовывающих СИД (например, относительно более широкого диапазона излучения). Например, в одном варианте осуществления множество первых СИД 202, излучающих первое излучение 503, объединены с множеством вторых СИД 204, излучающих второе излучение 505. Первые СИД 202 могут быть кристаллами СИД направленного излучения, в то время как вторые СИД 204 могут быть люминесцентно-преобразовывающими кристаллами СИД.

В одном варианте осуществления слой, изображенный на фиг.5, используется для получения белого света. Первые СИД 202 являются кристаллами СИД направленного излучения, и вторые СИД 204 являются люминесцентно-преобразовывающими кристаллами СИД. Совместная коррелированная цветовая температура (КЦТ) белого света зависит от количества кристаллического люминофора, который применен к СИД синего излучения (т.е. вторым СИД 204 в данном не ограничивающем примере), также как и от количества света, получаемого из СИД красного направленного излучения (т.е. первых СИД 202 в данном не ограничивающем примере). Чтобы достичь желаемой точки цвета, оба параметра контролируются вместе, например, путем изменения количества красного излучения из модуля источника путем воздействии отдельно на люминесцентно-преобразовывающие СИД и СИД направленного преобразования.

В одном варианте осуществления для обеспечения белого света, имеющего коррелированную цветовую температуру (КЦТ) порядка 2800 Кельвинов, установлено сочетание двадцати вторых СИД 204, каждый из которых является люминесцентно-преобразовывающим кристаллом СИД в этом примере, и шести первых СИД 202, каждый из которых является кристаллом СИД прямого излучения в этом примере, тем не менее, другие числа и сочетания кристаллов возможны. Вторые СИД 204 включают синие СИД, соединенные с подходящим кристаллическим люминофором для генерации белого света, доступные в Cree, Inc. of Durham, NC. Первые СИД 202 включают красные СИД, также доступные в Cree, Inc. of Durham, NC. В определенном варианте осуществления данного изобретения отношение кристаллов СИД прямого излучения (т.е. первых СИД 202) к люминесцентно-преобразовывающим кристаллам СИД (т.е. вторым СИД 204) выбирается так, чтобы обеспечить высокий индекс качества цветопередачи (ИКЦ) в интервале около 85-90 или выше и КЦТ порядка 2800 Кельвинов. В варианте осуществления с фиг.5 это соотношение равно 3/10 с 6 СИД направленного излучения и 20 люминесцентно-преобразовывающими СИД.

В общем, число СИД в модуле СИД выбирается так, чтобы обеспечить подходящую эффективность работы и световую эффективность. В различных вариантах осуществления используют большее количество более маленьких СИД чипов. Размер СИД чипа оптимизируется в рамках ограничений конструкционных параметров осветительного устройства (особенно принимая во внимание диаметр заднего отверстия отражателя 160), чтобы обеспечить подходящий световой выход, термические качества и плотность тока, сравнивая с затратами на сборку, стоимостью подложки и оптики, стоимостью прикрепления кристаллов к подложке, потерями в производительности и т.д. В некоторых вариантах осуществления используются стандартные доступные для приобретения СИД чипы, имеющие диаметр, равный 700 микронам. В других вариантах осуществления данное изобретение предполагает использование изготовленных на заказ СИД чипов для еще большего уменьшения стоимости модуля СИД, при этом сохраняя желаемый уровень производительности в целом. В частности, множества преимуществ можно достичь, увеличив плотность СИД, таких как преимущества оптические, электрические, тепловые, сборки, стоимости и энергетической эффективности. Во-первых, плотно расположенное скопление кристаллов имеет более постоянных выход света, тем самым улучшая сложение цветов, яркость излучения и освещение. Во-вторых, большее число СИД, соединенных последовательно, позволяет использовать более низкие электрические токи, которые можно обеспечить более дешевыми источниками. В-третьих, плотность энергии большего количества более маленьких чипов меньше, и общие тепловые характеристики улучшаются. Так как требования в мощности снижаются при использовании более маленьких кристаллов/блоков, стоимость сборки также уменьшается. Наконец, объединенные электрические, тепловые и оптические преимущества приводят к более высокой эффективности в целом сборной системы.

В общем, слой различных типов кристаллов выбирают так, чтобы обеспечить хорошее складывание и улучшенное постоянство цвета и/или цветовой температуры так, чтобы достигнуть постоянных внешних показателей выхода света осветительного устройства 100. В варианте осуществления с фиг.5 первые СИД 202 (например, кристаллы СИД направленного излучения) размещены внутри относительно краев модуля СИД 150, но расположены случайным образом. Эта конфигурация обеспечивает очень постоянное распределение света по области, как близкой, так и сильно удаленной от осветительного устройства 100.

В различных вариантах осуществления электрические токи через отдельно контролируемые типы кристаллов выбираются, отчасти, чтобы достичь желаемого светового потока и эффективности осветительного устройства на основе СИД 100. Например, для того, чтобы достичь выхода белого света осветительного устройства 100, имеющего КЦТ порядка 2800 Кельвинов и световой поток порядка 600 люменов, ток через вторые СИД 204, которые соединены последовательно, равен примерно 0,142 ампер, и ток через первые СИД 202, также соединенные последовательно, равен примерно 0,125 ампер. Выход и эффективность этого варианта осуществления PAR38 равны примерно тройному выходу и двойной эффективности некоторых существующих PAR38 ламп, демонстрируя значительное улучшение по сравнению с традиционными подходами.

Как изображено на фиг.6A и 6B, в различных вариантах осуществления модуль СИД 150 также включает первичную оптику. Первичная оптика на фиг.6А и 6B является линзой 203, установленной на подложке 206, которая может поддерживать один или больше кристаллов СИД. Линза 203 может быть линзой из кремнийсодержащего материала, которая закрывает кристалл СИД. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления первичная оптика модуля СИД 150 может включать текстурирование для улучшения сложения света, получаемого из модуля СИД 150.

Например, ссылаясь на фиг.6А, линза 203 может включать текстурирование на внутренней поверхности в форме выпуклостей 205. Может быть любое подходящее количество выпуклостей 205, и выпуклости могут иметь любую подходящую форму и размер. Кроме того, выпуклости 205 могут принимать любое подходящее взаимное расположение и могут быть сформированы практически по всей внутренней поверхности линзы 203 или на любой части внутренней поверхности линзы 203.

В качестве альтернативы, как изображено на фиг.6B, модуль СИД 150 может включать линзу 203, имеющую текстурирование на внешней поверхности, как изображено с помощью выпуклостей 207. Аналогично выпуклостям 205, описанным со ссылкой на фиг.6А, выпуклости 207 могут принимать любую подходящую форму, размер и расположение, и может быть включено любое количество выпуклостей 207. Кроме того, следует принять во внимание, что выпуклости 205, изображенные на фиг.6А, и выпуклости 207, изображенные на фиг.6B, могут покрывать только часть линзы 203 и не обязательно всю линзу 203. Более того, следует принять во внимание, что выпуклости 205 и 207 могут использоваться в сочетании, так что линза 203 может включать текстурирование и на внутренней, и на внешней поверхностях. Кроме того, следует принять во внимание, что выпуклости 205 и 207 являются одним не ограничивающим примером текстурирования первичной линзы, и что другие формы текстурирования, такие как углубления, ребра, выемки, сетка или любой другой подходящий тип текстурирования, могут быть применены. Более того, следует принять во внимание, что линза 203 может не включать вообще никакого структурирования в некоторых вариантах осуществления.

Более того, линза 203 может принимать различные формы. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления линза 203 практически полусферическая. Тем не менее, в различных вариантах осуществления линза 203 формуется, чтобы иметь форму, которая не идеально полусферическая. Предпочтительно, центр полусферы поднят на определенное расстояние. Фиг.6С изображает пример. Как изображено, линза 203А не идеально полусферическая, но предпочтительно включает полусферическую часть, поднятую на величину H₁ над подложкой 206. Таким образом, центр полусферы, изображенный как P_center, поднят над подложкой 206 на величину H₁ и может быть практически планарным с верхней поверхностью первых СИД 202 и/или вторых СИД 204. Таким образом, профиль колпака препятствует перенаправлению света в сторону кристаллов и его потере и позволяет использовать вторичную оптику, такую как крышка из линзы 140, чтобы охватить больше света, излучаемого из первичной оптики. В различных вариантах осуществления область, покрытая первичной оптикой, увеличивается дальше области кристаллов СИД до размера, который уменьшает или исключает потери света благодаря большим углам относительно стенок первичной оптики. В одном варианте осуществления диаметр набора кристаллов СИД модуля СИД 150 равен порядка 7 мм, и диаметр первичной оптики (например, линзы 203) равен порядка 11 мм.

Как изображено на фиг. 1B, 2 и 3, осветительное устройство на основе СИД 100 также включает оптику отражателя 160, которая установлена внутри теплопоглощающего устройства 130 для формирования луча из света, излучаемого модулем СИД 150. В различных вариантах осуществления оптика отражателя 160 сделана из пластикового материала, который покрыт отражающим материалом, таким как алюминий. Модуль СИД 150 расположен так, чтобы свет, излучаемый первичной оптикой (например, линзой 203), проходил через заднее отверстие (т.е. выходную апертуру) оптики отражателя 160. Крышка из линзы 140 расположена над оптикой отражателя 160 для обеспечения луча постоянного света. В различных вариантах осуществления дополнительный голографический рассеиватель (не изображен), например 5° рассеиватель, может быть добавлен ко вторичной оптике для того, чтобы еще больше гомогенизировать световой выход. Тем не менее, следует принять во внимание, что в некоторых вариантах осуществления рассеиватель нельзя добавить к выходной апертуре, сформированное оптикой отражателя. Предпочтительно, угловое распределение выходного освещения соответствующих СИД источников различного спектра (например, синий и красный СИД «каналы» в одном примерном варианте осуществления) почти идентично. В одном варианте осуществления, где используется 90% отражающей поверхности оптики отражателя 160, эффективность оптической системы составляет порядка 83% с углом луча порядка 25 градусов FWHM.

Оптика отражателя 160 может иметь любую подходящую форму. Как изображено на фиг. 7A, оптика отражателя 160 может включать внешнюю поверхность 161, которая является фасеточной поверхностью. Тем не менее, следует принять во внимание, что внешняя поверхность 161 может быть непрерывной в некоторых вариантах осуществления, так как различные аспекты изобретения не ограничены в этом отношении. В связи с тем, что модуль СИД расположен внутри оптики отражателя 160, форма внешней поверхности 161 не должна влиять на функциональность оптики отражателя.

Оптика отражателя 160 также включает внутреннюю поверхность 163, которая детально изображена на фиг. 7B, которая изображает оптику отражателя 160 вдоль линии А-А с фиг. 7A. Как изображено на фиг. 7B, внутренняя поверхность 163 оптики отражателя 160 может включать текстурирование. Например, внутренняя поверхность 163 может включать одну или больше выпуклостей 167, которые могут принимать любой подходящий размер и форму. Такое текстурирование может улучшить сложение света, получаемого из СИД источника света, такого как модуль СИД 150. Таким образом, нужно принять во внимание, что текстурирование, изображенное на фиг.7В, является дополнительным, и что в тех ситуациях, когда текстурирование включено во внутреннюю поверхность 163 оптики отражателя 160, текстурирование может принимать любую подходящую форму и структуру. Например, внутренняя поверхность 163 оптики отражателя 160 может включать текстурирование в форме неровностей, выступов, фасетки, сетки, выпуклой поверхности в виде геометрических форм или любой другой тип текстурирования.

Следует принять во внимание, что детали, изображенные на фиг.6А-6С, 7А и 7В, могут быть использованы по отдельности или совместно. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления осветительное устройство может включать модуль СИД с текстурированием и оптику отражателя с текстурированием. В соответствии с другими вариантами осуществления только либо одно, либо другое может быть текстурировано. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления ни модуль СИД, ни оптика отражателя не текстурированы.

Различные рабочие характеристики осветительного устройства 100 сейчас будут описаны. Например, в соответствии с одним аспектом осветительное устройство, использующее один или более аспектов, описанных здесь, может работать с цветовой температурой примерно 2700-2800 К. Система освещения может, более того, демонстрировать ИКЦ, больше или равный 90 или, в некоторых вариантах осуществления, внутри интервала от 85 до 90. Более того, осветительная система может излучать 70 люменов на ватт и обеспечивать 700 люменов при 10 ваттах. Более того, угол луча, обеспечиваемый осветительным устройством 100 или другой осветительной системой, как описано здесь, может быть достаточным для обеспечения эффективного внутреннего или наружного освещения. Фиг.8 изображает пример.

Ссылаясь на фиг.8, как описано выше, точечное освещение является одним конкретным полезным применением осветительного устройства на основе СИД 100, имеющего конструктивные параметры PAR38. Как изображено на фиг.8, пространственное распространение луча света 302 такое, что достигается угол луча 304, равный примерно 25 градусам. Более того, в конкретном варианте осуществления выход света осветительного устройства 100 достаточно постоянен, и, для заданной высоты потолка и угла освещения, размер области задается соответствующе, чтобы обеспечить отличное освещение товаров и других обычно выставляемых предметов.

В общем, осветительное устройство 100 является высокоэффективной, долговечной, безвредной для окружающей среды лампой на основе СИД, которая совместима со стандартным осветительным оборудованием, обеспечивает постоянное распределение света и имеет отличное тепловыделение и свойства цветопередачи. Например, выход порядка 600 люменов при порядка 55 люменов на ватт при устойчивом состоянии был достигнут в одном варианте осуществления данного изобретения, и выход в 700 люменов при около 70 люменов на ватт был достигнут в другом варианте осуществления, тем самым предоставляя существенные преимущества над традиционными источниками.

При том что фиг.1А-7В изображали не ограничивающие примеры одной или более деталей одного примерного осветительного устройства, следует принять во внимание, что возможны другие конфигурации и конструктивные параметры. Например, в соответствии с одним аспектом осветительное устройство может включать корпус или защиту, внутри которых один или более компонентов осветительного устройства могут быть размещены. Корпус может быть сформирован из пластика или любого другого подходящего неэлектропроводного материала, такого как поликарбонат или АБС. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления корпус может быть сделан из стекла, которое может обеспечить тепловыделение. Корпус может ограничить доступ извне к электрически активным компонентам осветительного устройства, тем самым снижая риск удара током или пожара. В соответствии с некоторыми аспектами корпус окружает практически все компоненты осветительного устройства и может включать одно или более отверстий для улучшения тепловыделения.

Фиг.9А-9С изображают один не ограничивающий пример непроводящего корпуса в соответствии с одним вариантом осуществления. Фиг.9А изображает вид сверху корпуса 400, который включает множество отверстий 402. В не ограничивающем примере с фиг.9А каждое из множества отверстий 402 меньше или равно 2 мм в диаметре. Следует принять во внимание, что другие размеры также возможны. Более того, комбинация отверстий 402, изображенная на фиг.9А, является просто примером, так как любое количество и расположение отверстий 402 может быть добавлено. Количество и расположение отверстий 402 можно выбрать так, чтобы оптимизировать тепловыделение из внутренней части корпуса к внешней, тем самым предотвращая перегревание осветительного устройства.

Фиг.9В изображает вид сбоку корпуса 400 фиг.9А. На этом виде следует принять во внимание, что каждое из отверстий 402 ориентировано вдоль направления линии Y-Y, другими словами, вдоль длины корпуса 400. Таким образом, ось симметрии отверстия (например, линия Y-Y может быть осью симметрии одного отверстия) может быть расположена так, чтобы не пересекать работающие электрические компоненты осветительного устройства. Ориентирование отверстий 402 в таком направлении может ограничить доступ к активным электрическим компонентам, тем самым снижая риск удара током или пожара. Тем не менее, другая ориентация отверстий 402 также возможна.

Фиг.9С изображает вид в поперечном разрезе корпуса 400, взятый вдоль сечения В-В, как показано на фиг.9В. На этом виде можно принять во внимание, что корпус 400 может быть сформирован так, чтобы включать полость 404, которая может подходить для содержания источника питания, цепи управления или других элементов осветительного устройства, как описано более детально ниже.

Фиг.9D изображает корпус 400А, альтернативный изображенному на фиг.9А-9С. Корпус 400А сделан из стекла и не имеет отверстий 402. Предпочтительнее, стекло само может обеспечить достаточное тепловыделение. Тем не менее, форма корпуса 400А может быть похожей или полностью одинаковой с формой корпуса 400. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления корпус 400А может быть соединен с крышкой из стеклянной линзы 140В любым подходящим способом. Также в одном варианте осуществления стеклянный корпус 400А может быть сформирован с пластинами, чтобы увеличить площадь поверхности корпуса, тем самым улучшая тепловыделение.

Фиг.10А изображает в разобранном виде осветительное устройство 100А в соответствии с другим вариантом осуществления. Осветительное устройство 100А включает корпус 400, который обсуждался выше со ссылкой на фиг.9А, 9В и 9С, который является не ограничивающим примером и сделан из поликарбоната или АБС. База с резьбой 110, которая может являться базой с резьбой типа Эдисона, может быть соединена с корпусом 400, чтобы дать возможность вкручивать осветительное устройство 100А в гнезда традиционного освещения. Осветительное устройство 100А также включает источник питания и электронику управления 414, расположенные внутри полости 404 корпуса 400, когда осветительное устройство 100А собрано. Как будет описано более детально ниже, датчик температуры 416, такой как термистор, может также быть включен, чтобы следить за температурой осветительного устройства 100А. Как и в случае осветительного устройства 100, осветительное устройство 100А также включает модуль СИД 150, который может быть прикреплен к теплопоглощающему устройству 130 путем индуктивного припаивания модуля СИД 150 к тепловому соединителю 190, который вмонтирован внутрь, или каким-либо еще способом соединен с теплопоглощающим устройством 130.

Электрическое соединение между источником питания и электроникой управления 414 и модулем СИД 150 может быть осуществлено любым подходящим способом. В соответствии с не ограничивающим вариантом осуществления с фиг.10А обеспечивается кольцевая плата 424, которая расположена вокруг модуля СИД 150 и электрически соединена с источником питания 414 одним или более проводами, или металлическими линиям, как изображено более детально на фиг.12А и 12В. Другие способы обеспечения электрического соединения с модулем СИД 150 также возможны.

Осветительное устройство 100А также включает оптику отражателя 160. Оптика отражателя 160 может быть установлена на теплопоглощающее устройство 130 так, что модуль СИД 150 расположен внутри оптики отражателя 160 так, что свет, излучаемый модулем СИД 150 отражается, коллимируется и/или фокусируется оптикой отражателя 160. Наконец, крышка из линзы 140А может быть включена и может быть прикреплена к корпусу 400 путем прикручивания винтами, прикрепления клеем или закрепления любым другим подходящим способом.

Как изображено на фиг.10В, которая является видом сверху на крышку из линзы 140А, крышка из линзы может иметь центральную часть 430, которая может быть абсолютно прозрачна для света, излучаемого модулем СИД 150, или которая может являться рассеивателем в некоторых вариантах осуществления. Центральная часть 430 может полностью совпадать по размеру с оптикой отражателя 160. Кроме того, крышка из линзы 140А может включать внешнюю часть 432. Оптика отражателя 160 может ограничивать свет, выходящий с модуля СИД 150, до выходящего через центральную часть 430 крышки из линзы 140А. Таким образом, свет от модуля СИД 150 не проходит через внешнюю часть 432 крышки из линзы 140А. Тем не менее, внешняя часть 432 крышки из линзы 140А может включать одно или более отверстий 434 для улучшения тепловыделения из осветительного устройства. Отверстия 434 могут быть в любом подходящем количестве, форме и расположении. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления каждое из отверстий 434 равно или меньше примерно 2 мм в диаметре.

Фиг.10С изображает поперечное сечение осветительного устройства 100А в собранном виде. Для упрощения не все компоненты осветительного устройства 100А пронумерованы на фиг.10С. Тем не менее, можно увидеть, что корпус 400 крепится к крышке из линзы 140А и базе с резьбой 110 таким образом, что оставшиеся компоненты осветительного устройства остаются помещенными внутри. Также следует принять во внимание, что электроника питания и управления 414 установлена на плате, которая ориентирована перпендикулярно базовой части теплопоглощающего устройства 130.

Различные детали осветительного устройства 100А теперь будут проиллюстрированы и описаны более подробно. Например, фиг.11 изображает относительное расположение модуля СИД 150 и теплопоглощающего устройства 130. Как изображено на этом виде сверху, теплопоглощающее устройство 130 включает множество пластинок, которые усиливают тепловыделение. Модуль СИД 150 расположен в центре теплопоглощающего устройства 130 и может быть установлен на тепловой соединитель 190, который не виден на фиг.11. Ламель для пайки 436 может быть включена, чтобы улучшить припайку модуля СИД 150 к кольцевой плате 424 и/или к тепловому соединителю 190.

Фиг.12А и 12В изображают относительное расположение кольцевой платы 424 и модуля СИД 150. Как изображено на фиг.12А, которая является боковым видом двух изображенных компонентов, кольцевая плата 424 может быть соединена с модулем СИД 150 путем передвижения его в направлении, указанном стрелками на фигуре. Как упоминалось по отношению к фиг.11, модуль СИД 150 может включать одну или более ламелей 436, которые могут улучшить соединение кольцевой платы 424 с модулем СИД 150.

Как изображено на фиг.12В, которая является видом сверху на фиг.12А, кольцевая плата 424 может быть расположена вокруг модуля СИД 150. Кольцевая плата может включать отверстия 438 и 440, которые могут содержать электрические провода от источника питания и электроники управления 414, изображенных на фиг.10А, обеспечивая взаимное электрическое соединение между модулем СИД 150 и источником питания и электроникой управления 414. Следует принять во внимание, что любое количество отверстий и относительное расположение отверстий может быть использовано, и что кольцевая схема 424 может включать одну или более металлических линий, как подходящих для обеспечения должной электрической функциональности.

Следует принять во внимание, что конфигурация, изображенная на фиг.12А и 12В, является не ограничивающим примером. Таким образом, другие формы цепей и модулей СИД могут быть использованы. Например, как показано на фиг.13А, альтернативный варианту с использованием кольцевой платы вариант осуществления может подразумевать расположение цепи и электрических соединений на одной стороне модуля СИД. Как изображено, модуль СИД 442 может быть соединен с гибкой платой 444, имеющей одну или более точек электрического контакта 446. Точки электрического контакта 446 расположены на одной стороне модуля СИД 442, что может облегчить создание взаимных электрических связей между модулем СИД 442 и источником питания. Модуль СИД может быть соединен с гибкой платой 444 путем соединения с кристаллом или другим подходящим способом.

Фиг.13В изображает альтернативный вариант осуществления, в котором гибкая плата 448 устанавливается на керамическую подложку 450. СИД 452 тогда может быть прикреплен кристаллом к кольцевой плате 448 или напрямую к керамической подложке и может быть соединен проводом с кольцевой платой 448 путем одного или более соединительных проводов 454, чтобы образовать взаимное электрическое соединение. Затем керамическая подложка 450 может быть индуктивно припаяна к теплопоглощающему устройству, такому как теплопоглощающее устройство 130, или к тепловому соединителю, такому, как тепловой соединитель 190. Другие конфигурации также возможны.

В соответствии с одним вариантом осуществления обеспечивается датчик температуры в осветительном устройстве 100А для возможности измерения рабочей температуры осветительного устройства и улучшения контроля осветительного устройства. Датчик температуры 416 изображен на фиг.10А и может быть установлен внутри отверстия или углубления в теплопоглощающем устройстве 130, может быть установлен в непосредственной близи с теплопоглощающим устройством 130, может быть расположен внутри углубления теплового соединителя 190, может быть внутри модуля СИД 150 или может быть установлен в любое другое подходящее место для возможности определения температуры осветительного устройства 100А. Датчик температуры 416 может быть соединен с источником питания и электроникой управления 414 для обеспечения электрического соединения с датчиком температуры.

Фиг.10А и 14 изображают один не ограничивающий пример расположения датчика температуры в осветительном устройстве 100А. Как изображено на фиг.10А, датчик температуры 416 может быть расположен непосредственно рядом с или на креплении 456 платы 175, содержащей различные компоненты 180 источника питания и электроники управления 414, например, рядом с электрическим компонентом 458. Фиг.14 изображает вид сверху теплопоглощающего устройства 130, датчика температуры 416, источника питания и электроники управления 414, теплового соединителя 190, модуля СИД 150 и кольцевой платы 424 в сборке.

Как изображено на фиг.14, датчик температуры 416 может быть установлен на плату для источника питания и электроники управления 414 и затем может быть введен в углубление в теплопоглощающем устройстве 130. Датчик температуры может быть закреплен внутри углубления теплопоглощающего устройства 130 путем склеивания эпоксидной смолой или любым другим подходящим способом. Таким образом, в соответствии с одним вариантом осуществления плата с печатной схемой, содержащая электронику питания и управления, включает крепление, которое вводится в углубление теплопоглощающего устройства 130. Датчик температуры 416 может быть расположен на креплении платы, вставленном в теплопоглощающее устройство. Следует принять во внимание, тем не менее, что возможны другие комбинации. Например, датчик температуры 416 необязательно должен быть на той же плате с печатной схемой, которая содержит источник питания и электронику управления 414, она вполне может быть отдельной. К тому же следует принять во внимание, что датчик температуры 416 может являться датчиком температуры любого подходящего типа, таким как термистор или любой другой тип датчиков температуры.

Фиг.15 является обобщенной структурной схемой, изображающей различные электрические компоненты осветительного устройства 100, которое обсуждалось выше со ссылкой на различные фигуры, содержащего многочисленные последовательно соединенные СИД нагрузки для обеспечения цветного и/или белого света, имеющего различные цвета и/или коррелированные цветовые температуры. Следует принять во внимание, что некоторые из электрических компонентов, изображенных на фиг.15, являются дополнительными, и что не все компоненты должны обязательно присутствовать в различных вариантах осуществления способов изобретения и устройств в соответствии с данным изложением.

Как изображено на фиг.15, осветительное устройство 100, включающее множество СИД источников света, включает источник питания и электронику управления 414, которые питаются переменным входным напряжением 514 и обеспечивают рабочее напряжение 516 для СИД источников света. На фиг.15 изображены два разных типа СИД источников света, образующие множество последовательно соединенных нагрузок, а именно один или более первых СИД 202 для генерации первого излучения 503, имеющего первый спектр, и один или более вторых СИД 204 для генерации второго излучения 505, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра (для простоты на фиг.15 один и более первых СИД изображены в виде блока, обозначенного как L1, и один или более вторых СИД изображены в виде блока, обозначенного как L2).

В одном не ограничивающем варианте осуществления первый(ые) СИД 202 может(гут) включать один или более красных СИД для генерации первого спектра излучения, включая в основном монохроматический красный свет, и второй(ые) СИД может(гут) включать один или более белых СИД (например, синий СИД, излучающий люминофор) для генерации второго спектра излучения, включая относительно широкополосный белый свет. Свет, генерируемый осветительным устройством, получается в результате сложения первого излучения 503 и второго излучения 505, когда оба существуют. В одном отдельном примере относительно малое количество красных СИД (например, шесть) используют с относительно большим количеством белых СИД (например, двадцатью) в осветительном устройстве, чтобы обеспечить определенную коррелированную цветовую температуру белого света (например, примерно от 2800 до 3000 Кельвинов) и относительно большой индекс качества цветопередачи (например, ИКЦ, равный примерно 85-90).

На фиг.15 первый(ые) СИД 202 и второй(ые) СИД 204 электрически соединяются последовательно между первым узлом 516А и вторым узлом 516В. Когда источник питания 414 подает рабочее напряжение 516, ток последовательной цепи (I_L) течет между первым узлом и вторым узлом.

Как показано на структурной схеме с фиг.15, источник питания 414 может являться многоступенчатым переключающимся источником питания для обеспечения корректирования коэффициента мощности и рабочего напряжения 516. Более подробно, источник питания 414 может включать ступень корректирования коэффициента мощности 502 для питания переменным входным напряжением 514 через мостовой выпрямитель 506 и обеспечения корректирования коэффициента мощности и рабочего напряжения 516. В связи с большим корректированием коэффициента мощности, обеспеченным ступенью корректирования коэффициента мощности 502, осветительное устройство/прибор 100 оказывается в целом резистивным элементом для прикладываемого входного напряжения 514.

Источник питания 414 может также включать ступень управления нагрузкой 504 для управления током в последовательной ветви 550 между узлами 516А и 516В. В частности, как изображено на фиг.15, ступень управления нагрузкой 504 включает управляемую токовую ветвь 518 (включая переключатель 560), соединенную с узлом 520 между первым (и) СИД 202 и вторым (и) СИД 204 и соединенную параллельно со вторым (и) СИД 204 так, чтобы, по крайней мере, частично отклонить ток в последовательной ветви 550 вблизи второго(ых) СИД 204. В одном аспекте токовая ветвь 518 может управляться таким образом, что первый ток 552 (I₁) через первый(ые) СИД и второй ток 554 (I₂) через второй(ые) СИД различны. Такое управление соответствующих токов I₁ и I₂ через первый(ые) СИД и второй(ые) СИД способствует заданию и регулированию цвета и цветовой температуры света, генерируемого источником освещения. В одном аспекте примерного варианта осуществления, описанного подробно ниже, часть второго тока, которая отклоняется от второго(ых) СИД, может быть «повторно использована» и добавлена к первому току.

При том, что на фиг.15 специально изображена управляемая токовая ветвь 518 ступени управления нагрузкой 504, включенная параллельно со вторым(и) СИД, следует, однако, принять во внимание, что одна или более управляемых токовых ветвей могут быть использованы в ступени управления нагрузкой 504, включенные параллельно к каждому или обоим первому(ым) СИД 202 и второму(ым) СИД 204, для отклонения, по крайней мере, части последовательного тока 550 вблизи каждого или обоих первого(ых) СИД и второго(ых) СИД. Как также изображено на фиг.15, ступень управления нагрузкой 504 может получать от ступени корректирования коэффициента мощности 502 напряжение 517, отличное от рабочего напряжения 516, для улучшения управления переключателем 560 в управляемой токовой ветви 518, так же как и другими компонентами ступени управления нагрузки 504, как обсуждается далее ниже.

В другом аспекте варианта осуществления на фиг.15 прибор/осветительное устройство 100 может также включать один или более датчиков температуры 416 (ДТ), расположенных вблизи и находящихся в тепловом контакте с первым(и) СИД 202 и вторым(и) СИД 204. Кроме того, источник питания 414 может включать устройство управления 510, связанное с, по крайней мере, ступенью управления нагрузкой 504, для приема температурного сигнала 526, обеспечиваемого датчиком(ами) температуры 416. Как также изображено на фиг.15, устройство управления 510 может принимать один или более внешних сигналов 524 вместо или в добавление к температурному сигналу 526. В одном аспекте устройство управления 510 обеспечивает управляющий сигнал 522 для ступени управления нагрузки 504 для управления управляемой токовой ветвью 518 (т.е. управления переключателем 560), основанный, по крайней мере, отчасти на температурном сигнале 526 и/или внешнем сигнале 524. Таким образом, управление одним или обоими первым током 552 (через первый(ые) СИД 202) и вторым током 554 (через второй(ые) СИД 204) может являться зависимостью от изменения температуры во времени около СИД источников (через температурный сигнал 526), и/или любого числа внешних параметров (через внешний сигнал 524). Как обсуждается более детально ниже со ссылкой на фиг.19, возможность изменять один или оба первый и второй токи как зависимость от температуры СИД существенно уменьшает нежелательные колебания в цвете или цветовой температуре света, обеспечиваемого осветительным устройством при кратковременном теплообмене (например, как нагрев СИД в течение определенного периода времени до термически устойчивого состояния после включения осветительного устройства).

Еще в одном аспекте варианта осуществления, изображенного на фиг.15, источник питания 414 может включать второе устройство управления 508, соединенное со ступенью корректирования коэффициента мощности 502. Устройство управления 508 обеспечивает управляющий сигнал 532 для ступени корректирования коэффициента мощности 502 так, чтобы управлять рабочим напряжением 516 и/или мощностью, обеспечиваемыми ступенью регулирования коэффициента мощности на основании любого из множества параметров. Для этого устройство управления 508 может принимать в качестве входных первый сигнал 528, представляющий собой, по крайней мере, одно напряжение или ток, связанные со ступенью корректирования коэффициента мощности 502, второй сигнал 534 представляющий собой частоту входного переменного напряжения 514, или внешний сигнал 530. В частности, внутренняя синхронизация устройства управления 508 может быть «напрямую управляемой» через второй сигнал 534 (обеспечивая точные временные характеристики путем использования для питания переменного сетевого напряжения частотой 50 Гц или 60 Гц).

Следует принять во внимание то, что при том что и устройство управления 508, связанное со ступенью корректирования коэффициента мощности 502, и устройство управления 510, связанное со ступенью управления нагрузкой 504, изображены в источнике питания 414 на фиг.15, одно или оба устройства управления 508 и 510 создают дополнительные возможности, которые не обязательно должны быть предоставлены в различных вариантах осуществления прибора/осветительного устройства 100 в соответствии с данным раскрытием. К тому же, в некоторых вариантах осуществления изобретения одно устройство управления может быть использовано для обеспечения одного или более управляющих сигналов и для ступени корректирования коэффициента мощности 502, и для ступени управления нагрузкой 504 так, чтобы обеспечивать различные функциональные возможности, которые здесь обсуждаются в связи с этими ступенями соответственно.

Фиг.16 является принципиальной схемой, изображающей детали ступени корректирования коэффициента мощности 502 источника питания 414, изображенного на фиг.15, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Основная структура цепи, изображенной на фиг.16, основана на устройстве управления регулированием коэффициента мощности с интегральной схемой 602 (U1), и различные схемы, основанные на этой основной структуре, обсуждаются в подробностях в U.S. не предварительной заявке с серийным № 12/113320, внесенной в реестр 1 мая 2008 г., с названием «Осветительные устройства и способы освещения, основанные на СИД с высоким коэффициентом мощности», которая здесь включена в качестве ссылки.

Подробнее, ступень корректирования коэффициента мощности 502 использует устройство управления корректированием коэффициента мощности 602, примером которого является ST Microelectronics L6562 устройство управления. В некоторых традиционных областях применения устройство управления L6562 и родственное устройство управления ST Microelectronics L6561 используют технологию «переходного режима» (т.е., работая на границе между непрерывным и меняющимся режимами), обычно используются для корректирования коэффициента мощности в областях применения с относительно малыми мощностями. Детали управляющего устройства L6561 и технология переходного режима обсуждаются в ST Microelectronics Application Note AN966, «Улучшенное устройство управления корректирования коэффициента мощности в переходном режиме L6561», Claudio Adragna, март 2003 г., доступной на http://www.st.com и включенной здесь в качестве ссылки. Различия между устройствами управления L6561 и L6562 обсуждаются в ST Microelectronics Application Note AN1757, «Переключение с L6561 на L6562», Luca Salati, апрель 2004 г., также доступной на http://www.st.com и включенной здесь в качестве ссылки. Для целей данного раскрытия эти два устройства управления обычно обсуждаются как обладающие одинаковыми функциональными возможностями.

В добавление к улучшению корректирования коэффициента мощности, устройства управления ST Microelectronics L6561 и L6562 могут быть альтернативно использованы как «нестандартная» конфигурация в качестве реализации устройства управления в обратном преобразователе постоянного тока в постоянный ток. Подробности и связанные с этим области применения устройств управления L6561/L6562 обсуждаются в ST Microelectronics Application Note AN1060, «Обратные преобразователи с устройствами управления РКМ L6561», C. Adragna и G. Garravarik, январь 2003 г., ST Microelectronics Application Note AN1059, «Улучшения конструкции обратного преобразователя с высоким коэффициентом мощности на основе L6561», Claudio Adragna, сентябрь 2003 г., и ST Microelectronics Application Note AN1007, «L6561-based Switcher Replaces Mag Amps in Silver Boxes», Claudio Adragna, октябрь 2003 г., каждая из которых доступна на http://www.st.com и вставлена здесь в качестве ссылки.

В частности, указания по применению AN1059 и AN1060 обсуждают одну примерную конфигурацию обратного преобразователя на основе L6561 (обратную конфигурацию с высоким коэффициентом мощности), который работает в переходном режиме и использует возможность устройства управления L6561 по осуществлению корректирования коэффициента мощности, тем самым обеспечивая высокий коэффициент мощности, один раз переключая ступень преобразователя постоянного тока в постоянный ток на сравнительно низкие характеристики нагрузки (например, вплоть до примерно 30 ватт). Для конфигурации обратного преобразователя необходима система управления напряжением с обратной связью, которая получает на входе значение напряжения постоянного тока на выходе, обеспеченного преобразователем и обеспечивающего в качестве обратной связи сигнал об ошибке, который поступает на INV вход устройства управления L6561.

ST Microelectronics Application Note AN1792, озаглавленная «Конструкция УРМ предварительных регуляторов, контролируемых методом фиксированного времени отключения с L6562» Claudio Andragna, ноябрь 2003 г., доступная на http://www.st.com и вставленная здесь в качестве ссылки, раскрывает другой способ управления предварительным регулятором регулирования коэффициента мощности как альтернативу способу переходного режима и способу режима фиксированной частоты постоянной проводимости. В частности, метод управления «фиксированного времени отключения» (ФВО) может быть применен с устройствами управления L6562, например, в которых моделируются только сигналы с моделированной длительностью импульса после включения, и время отключения поддерживается постоянным (что приводит к моделированию частоты переключений). Как приближение к переходному режиму, метод управления фиксированного времени отключения (ФВО) условно предполагается с использованием устройства управления L6562, также нуждаясь в системе управления напряжением с обратной связью.

Как видно из фиг.16, в отличие от традиционных областей применения управляющих устройств L6561 и L6562, обсуждаемых выше, ступень управления нагрузкой 502 не требует никакой системы управления с обратной связью, чтобы регулировать рабочее напряжение 516, тем самым упрощая конструкцию схемы по сравнению с традиционными вариантами осуществления. В частности, заявители заметили и приняли во внимание, что для вариантов осуществления с использованием в основном зафиксированной/стабильной нагрузки требований мощности система управления напряжением с обратной связью не обязательно нужна для достижения эффективной работы. В частности, нагрузки с использованием светоизлучающих диодов (СИД) сами являются в целом устройствами регулирования напряжения, так как один СИД или множество СИД, соединенных в различные последовательные, параллельные или последовательно/параллельные конфигурации, определяют определенное напряжение на нагрузке. Следовательно, ступень управления нагрузкой 502 может быть надежно сконфигурирована, чтобы обеспечивать соответствующее стабильное рабочее напряжение 516 и мощность для СИД нагрузки, не требуя систему управления с обратной связью.

На принципиальной схеме с фиг.16 ступень корректирования коэффициента мощности 502 основана на обратном типе конфигурации с преобразователем постоянного тока в постоянный ток, в которой устройство управления коэффициентом мощности 602 управляет переключателем 604 (реализованным с помощью транзистора Q1), который, в свою очередь, устанавливает цикл накопления энергии и ее высвобождения для индуктора (осуществленного одной из обмоток трансформатора Т1). В частности, во время интервалов, когда транзисторный переключатель 604 «включен» или закрыт (т.е. прикладываемое к обмоткам трансформатора напряжение служит как индуктор), через индуктор течет ток, основанный на приложенном напряжении, и индуктор накапливает энергию в своем магнитном поле. Когда переключатель «выключен» или открыт (т.е. напряжение снимается с индуктора), энергия, накопленная на индукторе, передается через диод D9 к конденсатору фильтра С7, на который подается рабочее напряжение 516 (т.е. конденсатор обеспечивает в целом постоянную энергию между циклами накопления энергии индуктора).

Ступень корректирования коэффициента мощности 502 может быть сконфигурирована для множества различных входных напряжений 514, рабочих напряжений 516 и токов нагрузки последовательной ветви (I_L) на основании подходящего выбора различных компонентов схемы. В частности, разделительная схема сопротивлений 606, сформированная из R10 и R11, в основном определяет ток в последовательной ветви 550 через нагрузку, учитывая, что тип и число последовательно соединенных СИД, составляющих нагрузку, в общем определяют нужное рабочее напряжение. В частном примере схемы, изображенном на фиг.16, схема сконфигурирована, чтобы принимать входное среднеквадратичное напряжение 120 вольт и обеспечивать рабочее напряжение порядка 80 вольт с током последовательной ветви 550 порядка 150 миллиампер. В одном аспекте схемы, изображенной на фиг.16, устройство управления корректированием коэффициента мощности 602 сконфигурировано так, чтобы использовать технику управления фиксированного времени отключения (ФВО) для управления переключателем 604 (Q1). Техника управления ФВО позволяет использовать сравнительно меньший трансформатор Т1 для обратной конфигурации. Это позволяет трансформатору работать при более постоянной частоте, что, в свою очередь, обеспечивает подачу более высокой мощности к нагрузке для заданной основной величины.

В некоторых примерных вариантах осуществления входное напряжение переменного тока 514 может передаваться с выхода реостата регулирования освещения переменного тока (который, в свою очередь питается входным напряжением переменного тока сети). В различных аспектах напряжение 514, обеспечиваемое реостатом регулирования освещения переменного тока, может быть напряжением переменного тока, регулируемым по амплитуде или рабочему циклу (фазе), например. В одном примерном варианте осуществления путем изменения среднеквадратичного значения напряжения переменного тока 514, подаваемого на источник питания 414 через реостат регулирования освещения переменного тока, рабочее напряжение 516 (и, в свою очередь, ток последовательной ветви 550) могут быть отрегулированы подобным образом; таким образом, реостат регулирования освещения переменного тока может использоваться, чтобы изменять в целом яркость света, генерируемого осветительным устройством.

Фиг.17 является принципиальной схемой, изображающей ступень корректирования коэффициента мощности 502 источника напряжения 414, изображенного на фиг.15, вместе со связанным устройством управления 508 в соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения. Ступень регулирования коэффициента мощности 502, изображенная на фиг.17, в целом идентична изображенной на фиг.16 во многих отношениях по умолчанию, хотя некоторые отдельные величины компонентов могут отличаться для того, чтобы проиллюстрировать возможности различных рабочих параметров (т.е. входного напряжения, рабочего напряжения, тока). Как описано выше со ссылкой на фиг.15, дополнительное устройство управления 508 может быть использовано, соединенное со ступенью корректирования коэффициента мощности 502, чтобы обеспечивать управляющий сигнал 532, подаваемый на разделительную схему сопротивлений 606 так, чтобы управлять рабочим напряжением 516 и/или током последовательной ветви 550, и, таким образом, мощностью, обеспечиваемой ступенью корректирования коэффициента мощности. Устройство управления 508 может генерировать управляющий сигнал 532, основанный на любом из множества параметров, подаваемых на вход устройства управления 508. Как обсуждается далее ниже со ссылкой на фиг.19, в одном примерном варианте осуществления управляющий сигнал 532, обеспечиваемый устройством управления, может являться управляющим сигналом широко-импульсной модуляции (ШИМ), рабочий цикл которого влияет на напряжения, установленные разделительной схемой сопротивлений 606; следовательно, путем изменения рабочего цикла ШИМ управляющего сигнала 532 рабочее напряжение 516 и/или ток последовательной ветви 550, обеспечиваемый ступенью корректирования коэффициента мощности 502, могут изменяться устройством управления 508.

По отношению к параметрам, из-за которых устройство управления 508 может менять управляющий сигнал 532, как изображено на фиг.17, устройство управления 508 может принимать один или больше входных сигналов 528, представляющих собой, по крайней мере, одно напряжение или ток, связанные со ступенью корректирования коэффициента мощности 502 (например, контакт 6 IC U3, соединенный, чтобы принимать сигнал, управляющий переключателем Q1, а контакты 2 и 3 U3 подсоединены к напряжению, связанному с разделительной схемой соединений 606). Таким образом, устройство управления 508 может выполнять функцию управления с обратной связью и обеспечивать управляющий сигнал 532 в связи с любым из числа наблюдаемых параметров схемы, связанных со ступенью корректирования коэффициента мощности 502.

Устройство управления 508 также может принимать сигнал 534, представляющий собой частоту входного напряжения переменного тока 514 (приложенного к контакту 7 IC U3 через разделительную схему сопротивлений, образованную R15, R18 и R19). В частности, внутренняя синхронизация устройства управления 508 может быть «линейно управляемой» через сигнал 534, делая возможным точные временные характеристики при использовании питания напряжением переменного тока линии частотой 50 Гц и 60 Гц. В одном примерном варианте осуществления устройство управления 508 может осуществлять счет рабочих циклов (например, наблюдением пересечений с нулем) входного напряжения переменного тока 514 через сигнал 534 как измерительную величину для «времени работы» СИД источников света, составляющих нагрузку. В свою очередь устройство управления 508 может регулировать рабочие параметры ступени корректирования коэффициента мощности через управляющий сигнал 532, основанный на времени работы, для того, чтобы компенсировать эффекты старения, связанные с СИД (например, увеличение рабочего напряжения 516 и/или тока последовательной ветви 550, чтобы компенсировать меньшую эффективность/уменьшение излучения СИД с эффектами старения). Как вариант, или в качестве добавления к регулированию рабочих параметров ступени корректирования коэффициента мощности для компенсации эффектов старения, устройство управления 508 может использовать информацию, связанную со «временем работы» СИД источников света, чтобы провести некое определение «оставшегося срока службы лампы». Например, устройство управления 508 может обеспечивать сигнал управления 532, который модулирует мощность, подаваемую на СИД нагрузку, чтобы визуально наблюдаемо воздействовать на генерируемый свет (например, намеренное мигание или модулирование яркости света) так, чтобы обеспечить передачу информации, связанной с каким-то условием (например, возрастом лампы) через намеренное моделирование света.

Кроме того, управляющее устройство 508 может принимать один или более внешних сигналов 530 (например, подаваемых к контакту 5 IC U3 в примере с фиг.17) так, чтобы управление ступенью корректирования коэффициента мощности 502 могло быть основано на любом из большого множества внешних условий (например, температурных условий, условий окружающего освещения, других условий окружающей среды, условий перенапряжения и падения нагрузки, аварийных условий, движения и т.д.). В зависимости от одного или более таких входных сигналов устройство управления может обеспечить управляющий сигнал 532, который регулирует один или более рабочих параметров ступени корректирования коэффициента мощности и/или может моделировать питание, подаваемую на СИД нагрузку так, чтобы обеспечить передачу информации, относящейся к определенному условию, представленному внешним(и) сигналом(ами) через намеренно моделируемый свет.

Фиг.18 является принципиальной схемой, изображающей детали ступени управления нагрузкой 504 источника питания 414, показанного на фиг.15, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Схоже со ступенью корректирования коэффициента мощности 502, основная структура схемы ступени управления нагрузкой 504, изображенная на фиг.18, основана на ST Microelectronics L6562 устройстве управления с интегральной цепью, изображенном как IC U4, использующем технику управления фиксированного времени отключения (ФВО), и выполнена в конфигурации с обратным преобразователем. В частности, устройство управления с ИС 562, составленное U4, управляет переключателем 560 (реализованным в виде транзистора Q6) для того, чтобы, в свою очередь, управлять токовой ветвью 518, в которой также расположен индуктор L3 в качестве устройства хранения/высвобождения энергии в конфигурации с обратным преобразователем.

Как обсуждалось выше со ссылкой на фиг.15, на фиг.18 первый(ые) СИД 202 и второй(ые) СИД 204 соединены последовательно между узлами 516А и 516В, на которые подается рабочее напряжение 516. Управляемая токовая ветвь 518 соединена с узлом 520 между последовательно соединенными первым(ыми) СИД 202 и вторым(ыми) СИД 204. Хотя только один СИД изображен в целях иллюстрации на фиг.18 для каждого из последовательно соединенных СИД нагрузок, как обсуждалось выше, следует принять во внимание, что каждая из СИД нагрузок 202 и 204 может включать множество СИД световых источников, соединенных в любую из возможных последовательных, параллельных и последовательно параллельных структур, и может иметь различное число СИД заданного типа. В одном примерном варианте осуществления, обсуждаемом здесь, первые СИД 202 могут включать порядка шести последовательно соединенных красных СИД, и вторые СИД 204 могут включать порядка 20 последовательно соединенных белых СИД. Задаваясь прямым рабочим напряжением для красного СИД порядка 3,3 вольт и прямым рабочим напряжением для белого СИД порядка 3 вольт, соответствующее рабочее напряжение 516, подающееся на узлы 516А и 516В в этом примере, будет равно порядка 80 вольт (т.е. [3,3 вольта 6]+[3 вольта 20]).

Путем управления переключателем 560 и, в свою очередь, токовой ветвью 518 ступень управления нагрузкой 504 с фиг.18 управляет током последовательной ветви 550 между узлами 516А и 516В. В частности, путем управления переключателем 560 ток последовательной ветви 550 может быть, по крайней мере, частично отклонен вблизи второго(ых) СИД 204 так, что первый ток 552 (I₁) через первый(ые) СИД и второй ток 554 (I₂) через второй(ые) СИД различны; в частности, когда переключатель 560 «включен» или проводит, индуктор L3 соединен с нулевым потенциалом через сопротивление R38, тем самым обеспечивая контур для переменного тока между узлами 516А и 516В и позволяя отклонить, по крайней мере, часть тока последовательной ветви 550 вблизи второго(ых) СИД 204. На схеме фиг.18 рабочий цикл переключателя 560 управляется устройством управления с ИС 562, и, следовательно, разница между первым током 552 и вторым током 554 определяется разделительной схемой сопротивлений 652, состоящей из R41 и R16. В определенном примере, изображенном на фиг.18 с R41 в 10 кОм и R16 в 20 кОм и основанном на рабочем напряжении 516 порядка 80 вольт и токе последовательной ветви 550 порядка 150 миллиампер, первый ток 552 составляет порядка 180 миллиампер, и второй ток 554 составляет порядка 120 миллиампер. Далее описывается, что отклоняемая от второго(ых) СИД часть тока последовательной ветви не теряется, но заново используется так, что он отводится к накопительному элементу (индуктору L3), и подается (в следующей половине цикла) обратно на первый(ые) СИД с минимальными потерями (например, 30 миллиампер отбирают от второго тока и добавляют к первому току).

Первый ток 552 и второй ток 554 обычно определяют соответствующее количество (световой поток) первого излучения 503 и второго излучения 505, генерируемых первым(ыми) СИД и вторым(ыми) СИД. Соответственно, путем подходящего подбора значений сопротивлений R41 и R16 на фиг.18 и основываясь на типе и количестве используемых СИД для каждого из первого(ых) СИД 202 и второго(ых) СИД 204, цвет или цветовая температура генерируемого света (полученного сложением первого излучения и второго излучении) может быть задана.

Независимо от вышеизложенного, заявители отметили и приняли во внимание, что зависимость потока от тока для различных типов СИД изменяется по-разному как функция от температуры. Явление может быть проблематичным для некоторых областей применения с использованием множества различных типов СИД, в которых ожидается кратковременный теплообмен. Например, система изначально обладает какой-то температурой, на которую затем подается мощность для осуществления «нагрева» за определенный период кратковременного теплообмена, на протяжении которого ток начинает и продолжает течь через диоды. Основываясь на проиллюстрированном варианте осуществления, включающем и красные СИД, и белые СИД для соответствующих последовательно соединенных нагрузок, при продолжении нагревания системы до какого-то термически устойчивого состояния поток от красного(ых) СИД меняется отлично от потока от белого(ых) СИД как функция от температуры, приводя к заметному сдвигу цветовой температуры генерируемого света во время кратковременного теплообмена; в частности, при постоянных соответствующих значениях первого и второго токов с нагреванием системы поток от красного(ых) СИД ослабевает быстрее, чем поток от белого(ых) СИД. В качестве примера, за примерно двадцатиминутный период кратковременного теплообмена после изначальной подачи питания цветовая температура генерируемого света может сместиться (например, увеличиться) на величину, такую как 100 Кельвинов, в связи с уменьшением потока от красного(ых) СИД по сравнению с белым(ыми) СИД. Для некоторых областей применения этот эффект нежелателен, особенно при более низких номинальных цветовых температурах, при которых человеческий глаз более чувствителен к смещению цветов.

На основании вышеизложенного другой вариант осуществления данного изобретения относится к способам и устройствам для компенсации цветовых смещений и/или смещений цветовой температуры, возникающих при кратковременном теплообмене в осветительном устройстве, которое включает множество соединенных последовательно СИД источников света разных типов.

С этой целью, фиг.19 является принципиальной схемой, изображающей ступень управления нагрузкой 504 источника питания, изображенного на фиг.15, вместе со связанным устройством управления 510 в соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения. В одном аспекте данного варианта осуществления устройство управления 510 управляет ступенью управления нагрузкой 504 в зависимости от температурного сигнала 526, получаемого с датчика температуры 416, расположенного в непосредственной близости и находящегося в тепловом взаимодействии с первым(ыми) СИД 202 и вторым(ыми) СИД 204 так, чтобы обеспечить функциональность тепловой компенсации, упомянутую выше. Следует принять во внимание, тем не менее, что эта функциональность тепловой компенсации состоит просто из одного примера того, как управляющее устройство 510 может быть применено для управления различных аспектов ступени управления нагрузкой 504, и что параметры и условия, отличные от температуры, близкой к температуре СИД источников света, могут быть введены и использованы устройством управления 510, чтобы повлиять на управление ступенью управления нагрузкой 504 (например, ссылаясь на обсуждение, приведенное выше, в связи с внешним сигналом 524, изображенным на фиг.15).

Как изображено на фиг.19, в одном примерном варианте осуществления устройство управления 510 включает микроконтроллер с интегрированной схемой U3, который питается рабочей мощностью от регулятора напряжения с интегральной схемой U2. Что касается компенсации для кратковременного теплообмена, микроконтроллер U3 также принимает на вход температурный сигнал 526, который выдает датчик температуры 416 (U5) и осуществляет на выходе управляющий сигнал 522, который подается на схему сопротивлений/фильтр 652 ступени управления нагрузкой 504. В одном примерном варианте осуществления датчик температуры 416 может являться маломощной линейной активной интегральной схемой термистора, примеры которой содержатся в MCP9700/9700A и MCP9701/9701A семействах интегральных цепей, доступных от Microchip Technology, Inc.

В одном примерном варианте осуществления устройство управления 510 может обеспечивать управляющий сигнал 522 для ступени управления нагрузкой 504 в форме управляющего сигнала широко-импульсной модуляции (ШИМ), рабочий цикл которого влияет на напряжения, установленные схемой сопротивлений/фильтром 652 ступени управления нагрузкой 504. Следовательно, путем изменения рабочего цикла управляющего сигнала ШИМ 522 устройство управления 510 может, в свою очередь, изменять разницу между первым током 552 через первый(ые) СИД 202 и вторым током 554 через второй(ые) СИД 204 и, таким образом, менять соответствующие потоки, генерируемые различными типами СИД. Путем управления рабочим циклом управляющего сигнала ШИМ 522 в зависимости от температурного сигнала 526 управляющее устройство 510 может эффективно обеспечивать компенсацию смещений в цвете или цветовой температуре генерируемого света во время кратковременного теплообмена (например, в связи с различными зависящими от температуры отношениями тока к потоку для различных типов СИД).

Фиг.20 изображает схему технологического процесса, показывающую способ 700, использующийся устройством управления 510 для регулирования рабочего цикла управляющего сигнала ШИМ 522 в зависимости от изменений температуры, представленных температурным сигналом 526, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. В одном аспекте способа 700 указанное в блоке 704 отношение (например, равенство) задается априорно, которое связывает рабочий цикл управляющего сигнала ШИМ 522 с изменениями температур, представленных температурным сигналом 526. Когда подобное соотношение установлено, как изображено на фиг.20, устройство управления 510 получает (блок 702) значение температуры от датчика температуры 416, которое представлено в виде температурного сигнала 526, и рассчитывает (блок 706) рабочий цикл как функцию от измеренной температуры, основываясь на предварительно заданном соотношении/равенстве (блок 704). Устройство управления 510 затем регулирует рабочий цикл управляющего сигнала 522 до нового посчитанного значения (блок 708), и способ возвращается к блоку 702 для повторения.

Что касается отношения в блоке 704, которое определяет рабочий цикл как функцию от температуры для управляющего сигнала ШИМ 522, это соотношение может быть эмпирически определено в процессе калибровки, процесс которой обсуждается подробно ниже. Такое отношение может быть смоделировано как линейная, кусочно-линейная или нелинейная зависимость, в зависимости, по крайней мере, отчасти, от уровня компенсации, желательного для данной области применения. В одной примерной модели отношение задается линейной зависимостью (в которой различные параметры уравнения задаются эмпирически), описанной следующим образом:

Рабочий цикл ШИМ=[Рабочий цикл внешней температуры]-[(Считываемая температура)-(Внешняя температура)]*[Уклон] $$\begin{array}{cccc}& & & \end{array}$$ (Уравнение 1).

В уравнении 1 «Рабочий цикл ШИМ» соответствует рабочему циклу управляющего сигнала 522, рассчитанному в блоке 706 на фиг.20, «Рабочий цикл внешней температуры» является рабочим циклом управляющего сигнала 522, при котором первый и второй токи обеспечивают желаемую цветовую температуру генерируемого света, когда СИД 202 и 204 находятся при температуре окружающей среды, «Считываемая температура» является температурой, представленной посредством температурного сигнала 526 (полученного в блоке 702 на фиг.20), «Внешняя температура» является температурой внешней среды (например, предшествующая включению), и «Уклон» является величиной изменения рабочего цикла при величине изменения температуры.

В одном примерном варианте осуществления все величины, представленные в уравнении (1), переведены в величины двоичного кода от 0 до 255 (так что каждая из них может быть обработана микроконтроллером U3 устройства управления 510 как 8-битовое информационное слово). Что касается величин рабочего цикла, двоичное значение 255 отражает 100% (т.е. двоичное значение 128 отражает примерно 50% рабочий цикл). Относительно параметров «Считываемой температуры» и «Внешней температуры», в одном примере температуры в градусы Цельсия переводятся следующим образом: floor([(Температура[°C]*0,01 + 0,414)/5]*255).

В примерной процедуре калибровки, способствующей определению различных параметров уравнения (1), один аспект процедуры включает изменение рабочего цикла управляющего сигнала ШИМ 522 в каком-то примерном интервале и измерение первого тока 552 и второго тока 554. Таблица 1 внизу предоставляет пример таких измерений.

Таблица 1 Рабочий цикл (%) Первый ток (мА) Второй ток (мА) 12,5 177 122 25 168 124 50 155 128 62,5 150 130 75 145 130

Другой аспект процедуры калибровки включает измерение цветовой температуры генерируемого света как функции от различных первых и вторых токов, приложенных, соответственно, к первым и вторым СИД. Процесс включает серию «мгновенных» фотометрических экспериментов, в которых два отдельных известных источника тока соответственно соединяют с первым(и) СИД и со вторым(и) СИД на относительно короткий промежуток времени, и цветовая температура излучаемого света измеряется за несколько секунд, пока приложены токи. Затем токи немедленно выключают на довольно долгое время так, чтобы СИД находились в постоянном тепловом состоянии окружающей среды перед тем, как приложить очередную пару токов. В одном примерном варианте осуществления, в котором красный(ые) СИД используется в качестве первого(ых) СИД и белый(ые) СИД используется в качестве второго(ых) СИД, можно предположить, что красный поток изменяется сильнее белого потока, и, следовательно, за номинальное значение возьмем второй ток, в то время как первый ток меняется. Таблица 2 внизу предоставляет один пример такого измерительного процесса.

Таблица 2 Второй (белый) ток (мА) Первый (красный) ток (мА) Коррелированная цветовая температура (°К) 130 150 2994 130 160 2853 130 170 2175 130 180 2777

Основываясь на измерительном процессе примера из таблицы 2, номинальная нужная рабочая цветовая температура может быть выбрана для генерируемого света. Основываясь на этой нужной цветовой температуре, нужные соответствующие первый и второй токи (из таблицы 2) соотносятся с соответствующими токами таблицы 1, чтобы определить «Рабочий цикл внешней температуры» для уравнения (1). Например, если нужная цветовая температура равна 3000 Кельвинов, из таблицы 2 это соответствует первому току, равному 150 мА, и второму току, равному 130 мА, при внешней температуре, что из таблицы 1, в свою очередь, соответствует рабочему циклу управляющего сигнала ШИМ 522, равному 62,5%. Таким образом, «Рабочий цикл внешней температуры» в этом примере в уравнении (1) будет иметь двоичное значение, равное 62,5%(255)=159.

Последний аспект процедуры калибровки, способствующей определению различных параметров из уравнения (1), включает определение элемента «Уклон». Еще раз, элемент «Уклон» представляет изменение на величину рабочего цикла при изменении на величину температуры, необходимое для поддержания практически постоянного цвета и/или цветовой температуры генерируемого света в течение кратковременного теплообмена, такого, как период нагрева после включения. В одном примере определение подходящего уклона может включать выбор случайного начального значения для элемента «Уклон», повторение способа 700 приблизительно за период кратковременного теплообмена (например, от двадцати до тридцати минут), снимая периодические показания (например, каждые тридцать секунд) цветовой температуры генерируемого света, и составление графика зависимости значений цветовой температуры от времени. Этот процесс можно повторить, используя различные значения элемента «Уклон», пока не будет найдено подходящее значение, которое будет соответствовать самой ровной графической зависимости цветовой температуры от времени.

Фиг.21 представляет два подобных примерных графика, основанных на двоичном значении «Рабочего цикла внешней температуры», равном 159 (представляющем желаемую цветовую температуру, равную 3000 Кельвинов), и на двоичном значении «Внешней температуры», равном 38 (представляющем внешнюю температуру, равную 25 градусам Цельсия). Первый график 800 образован, используя элемент «Уклон», имеющий бинарное значение, равное 4, и второй график 802 образован, используя элемент «Уклон», имеющий бинарное значение, равное 6. Из фиг.21 можно легко определить, что в этом примере элемент «Уклон», имеющий бинарное значение, равное 6, приводит к существенно более плоскому графику зависимости цветовой температуры от времени за период кратковременного теплообмена. Таким образом, используя уравнение:

Рабочий цикл ШИМ=[159]-[(Считываемая температура)-38]*[6]

в блоке 704 способа 700, изображенного на фиг.20 конкретно для этого примера, устройство управления 510, использующее способ 700, эффективно компенсирует кратковременный теплообмен и обеспечивает постоянную цветовую температуру, равную примерно 3000 Кельвинов за все время периода кратковременного теплообмена (например, «нагрева»).

Следует принять во внимание, что основные положения вышеописанной процедуры калибровки можно применять для других типов СИД источников и/или других интервалов температур, интересных для эффективного применения функциональной температурной компенсации устройством управления 510, изображенным на фиг.19. В частности, следует принять во внимание, что в некоторых случаях, используя одинаковое оборудование, два идентичных осветительных устройства могут быть сконфигурированы, чтобы обеспечивать совершенно различные цвета и/или цветовые температуры белого света просто с помощью выбора различных значений элемента «Рабочий цикл внешней температуры» в уравнении (1), описанном выше. К тому же, элемент «Рабочий цикл внешней температуры» в уравнении (1) может в некоторых вариантах осуществления быть заранее определенной величиной от времени (например, чтобы компенсировать постепенное старение СИД и уменьшение потока со временем). Более того, как упомянуто выше, определенная зависимость, используемая в блоке 704 способа 700, изображенного на фиг.20, может быть смоделирована в виде линейной зависимости, как в уравнении (1), описанном выше, или, как вариант, кусочно-линейной или нелинейной зависимостью, в зависимости, по крайней мере, отчасти, от уровня компенсации, желаемого для данной области применения.

Фиг.22 изображает примерную конфигурацию платы с печатной схемой 175, на которой расположено множество компонентов 180, составляющих источник питания 414, вместе с датчиком температуры 416 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Фиг.22 также изображает подложку 420 (например, теплопоглощающее устройство, изображенное на предыдущих фигурах), вмещающую первый(ые) СИД 202 и второй(ые) СИД 204. Конструкция, изображенная на фиг.22, улучшает тепловое соединение между датчиком температуры 416 и СИД и, тем самым, позволяет эффективно следить за температурой СИД (например, с целью обеспечения постоянного цвета/цветовой температуры на протяжении кратковременного теплообмена). В частности, первый(ые) СИД 202 и второй(ые) СИД 204 устанавливаются на теплопроводную подложку 420, в которой есть сформированное в ней углубление 457, расположенное вблизи СИД 202 и 204. Плата с печатной схемой 175 имеет крепление 456 для ввода в углубление 457; для этого, хотя конкретный вид фиг.22 изображает в целом прямоугольное крепление и прямоугольную выемку, следует принять во внимание, что крепление 456 может иметь любые формы и размеры, а выемка 457 формируется всегда так, чтобы подойти к креплению. Датчик температуры 416 расположен на креплении платы с печатной схемой так, что когда плата с печатной схемой 175 вставляется в выемку 457, датчик температуры в целом помещается в теплопроводную подложку вблизи от СИД. Как обсуждалось выше со ссылкой на фиг.15-19, источник питания 414 может включать множество ступеней, основанных на множестве устройств управления переходного режима, и множество компонентов схемы, составляющих источник питания 414, который походящим образом может быть расположен на плате с печатной схемой 175.

При описании и изображении здесь различных вариантов осуществления изобретения обычный специалист данной области легко может представить множество других путей и/или структур обеспечения функциями и/или достижения результатов и/или одного или более преимуществ, здесь описанных, и каждый такой вариант и/или модификация считаются включенными в рамки вариантов осуществления изобретения, здесь описанных. Более обобщенно, специалист данной области легко примет во внимание, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, здесь описанные, предполагаются как примеры, и что реальные параметры, размеры, материала и/или конфигурации будут зависеть от специфики области применения, для которой используется руководство изобретения. Специалист данной области увидит, или будет способен найти не более чем посредством простого эксперимента большое количество эквивалентных специфическим описанным здесь вариантам осуществления изобретений. Поэтому следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления даны только в качестве примера, и что, в рамках прикрепленной формулы изобретения и ее эквивалентов, варианты осуществления изобретений могут быть использованы отлично от специфически описанных и приведенных в формуле изобретения. Варианты осуществления изобретения данного раскрытия направлены, каждый, на конкретную деталь, систему, изделие, материал, прибор и/или способ, здесь описанные. Кроме того, любая комбинация двух или более таких деталей, систем, изделий, материалов, приборов и/или способов, если только такие детали, системы, изделия, материалы, приборы и/или способы совместимы, включается в рамки изобретения данного описания.

Все значения, здесь описанные и использованные, следует понимать как нуждающиеся в контроле с помощью значений в словарях, значений в прикрепленных в качестве ссылки документах, и/или обычных значений описанных терминов.

Неопределенные артикли «а» и «an», используемые здесь в спецификации и формуле изобретения, если четко не обозначено обратное, следует понимать, как означающие «по крайней мере, один».

Фразу «и/или», использованную здесь в спецификации и в формуле изобретения, следует понимать как означающую «каждый или оба» по отношению к элементам, ею соединенным, т.е. элементы, которые совместно присутствуют в одних случаях, присутствуют раздельно в других случаях. Многочисленные элементы, перечисленные с помощью «и/или» стоит понимать таким же образом, т.е. «один или более» элементов соединяются. Другие элементы могут, как вариант, присутствовать, отличные от элементов, особенно выделенных связью с «и/или», вне зависимости от того, связаны они или нет с этими особо выделенными элементами. Таким образом, как не ограничивающий пример, ссылка на «А и/или В», используемая совместно с выражениями, не оканчивающими фразу, такими, как «содержащий», может относиться в одном варианте осуществления только к А (как вариант, включая отличные от В элементы); в другом варианте осуществления только к В (как вариант, включая отличные от А элементы); еще в одном варианте и к А, и к В (как вариант, включая другие элементы); и т.д.

Как использовано здесь в спецификации и формуле изобретения, «или» следует понимать как имеющую то же значение что и «и/или» фразу, как определено выше. Например, при разделении объектов в списке «или» или «и/или» следует интерпретировать включающей, т.е. включение, по крайней мере, одного, но также включая более одного, из числа элементов списка, и, как вариант, дополнительные объекты не из списка. Только термины, четко указывающие на обратное, такие как «только один из» или «точно один из», или, при использовании в формуле изобретения, «состоящий из» будут указывать на включение конкретно одного элемента из числа элементов в списке. В общем, термин «или», как использован здесь, следует интерпретировать только как указывающий на исключающие альтернативы (т.е. «один либо другой, но не оба»), когда ему предшествуют термины, указывающие на исключительность, такие как «или, или», «только один из» или «точно один из». Фраза «Состоит по существу из», при использовании в формуле изобретения, должна иметь обычное значение, используемое в области патентного права.

Как использовано здесь в спецификации и формуле изобретения, фразу «по крайней мере, один» в отношении списка из одного или более элементов нужно понимать как значащую, по крайней мере, один элемент, выбранный из любых одного или более элементов из списка элементов, но необязательно включая, по крайней мере, один каждый и все элементы, отдельно перечисленные в списке элементов, и не исключая никакие комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает, как вариант, наличие элементов, отличных от элементов, отдельно определенных в списке элементов, к которым относится фраза «по крайней мере, один», вне зависимости от того, связаны они или нет с этими специально определенными элементами. Таким образом, не ограничивающий пример «по крайней мере, один из А и В» (или, аналогично, «по крайней мере, один из А или В», или, аналогично, «по крайней мере, один из А и/или В») может относиться в одном варианте осуществления к, по крайней мере, одной, дополнительно включая более чем одну, А в отсутствие В (и дополнительно включая элементы, отличные от В); в другом варианте осуществления к, по крайней мере, одной, дополнительно включая более чем одну, B в отсутствие А (и дополнительно включая элементы, отличные от А); и в еще одном варианте осуществления к, по крайней мере, одной, дополнительно включая более чем одну, А и к, по крайней мере, одной, дополнительно включая более чем одну, В (и дополнительно включая другие элементы); и т.д.

Также следует понимать, что, пока четко не указано обратное, здесь в любом способе в формуле изобретения, который включает более одного этапа или действия, порядок этапов или действий не обязательно ограничен порядком, в котором этапы или действия способа были перечислены.

В формуле изобретения также, как и в спецификации выше, все промежуточные фразы, такие как «содержащий», «включающий», «несущий», «имеющий», «вмещающий», «вовлеченный», «удерживающий», «состоящий из» и им подобные, следует понимать как подразумевающие раскрытие, т.е. означающие включение, но не ограничивающие. Только промежуточные фразы «состоящий из» и «состоящий в основном из» должны являться ограничивающими или полуограничивающими фразами, соответственно, как сформулировано в руководстве по проведению патентной экспертизы бюро патентов США, раздел 2111.03.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение эффективности освещения. Осветительное устройство содержит корпус из неэлектропроводного материала, расположенные в нем источник света на основе светодиодов, содержащий по крайней мере один первый светодиод, генерирующий первое излучение, имеющее первый спектр, и по крайней мере второй светодиод, генерирующий второе излучение со вторым спектром, отличным от первого, оптику, соединенную с источником света, теплопоглощающее устройство, а также базу для соединения с гнездом и электрическую схему с преобразователем мощности. Технический результат достигается за счет того, что оно снабжено датчиком температуры, расположенным в непосредственной близости к источнику света, а преобразователь мощности является переключающим источником питания, получающим температурный сигнал для управления токами, протекающими через первый и/или по меньшей мере один второй светодиод так, что первый ток может отличаться от второго. 9 з.п. ф-лы, 22 ил., 2 табл.

1. Осветительное устройство (100), содержащее: источник света на основе СИД (150), содержащий по меньшей мере один первый СИД для генерации первого излучения, имеющего первый спектр и по меньшей мере один второй СИД для генерации второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра;
оптику, соединенную с источником света на основе СИД (160);
теплопоглощающее устройство (130), соединенное с источником света на основе СИД;
базу (110) для механического и электрического соединения с гнездом;
электрическую схему, содержащую преобразователь мощности для обеспечения корректирования коэффициента мощности и рабочего напряжения; и
корпус (400), содержащий неэлектропроводный материал и механически соединенный с базой, причем источник света на основе СИД, оптика и теплопоглощающее устройство размещены внутри корпуса,
отличающееся тем, что осветительное устройство содержит
датчик температуры, расположенный в непосредственной близости к источнику света на основе СИД для генерации температурного сигнала;
причем преобразователь мощности является переключающимся источником питания, получающим температурный сигнал, чтобы управлять первым током через по меньшей мере один первый СИД и/или вторым током через по меньшей мере один второй СИД, так что первый и второй ток могут быть различными.

2. Осветительное устройство по п. 1, в котором электрическая схема дополнительно содержит первый узел, второй узел и по меньшей мере одну управляемую токовую цепь, причем по меньшей мере один первый СИД и по меньшей мере один второй СИД электрически соединены последовательно между первым узлом и вторым узлом, и последовательный ток течет между первым узлом и вторым узлом, когда рабочее напряжение приложено между первым узлом и вторым узлом;
причем по меньшей мере одна управляемая токовая цепь соединена параллельно с одним из по меньшей мере одного первого СИД;
причем переключающийся источник питания выполнен с возможностью управления по меньшей мере одной управляемой токовой цепью, соединенной параллельно с одним из по меньшей мере одного первого СИД, причем последовательный ток вблизи одного из, по меньшей мере, одного первого СИД является по меньшей мере частично отклоняемым в ответ на температурный сигнал.

3. Осветительное устройство по п. 1, в котором источник света на основе СИД выполнен с возможностью генерации по существу белого света из смеси первого излучения от первого СИД и второго излучения от второго СИД,
причем переключаемый источник питания сконфигурирован, чтобы управлять первым током и вторым током так, чтобы по существу белый свет имел цветовую температуру в интервале от порядка 2600 K до 3000 K и выход по меньшей мере порядка 700 люменов на 10 ватт.

4. Осветительное устройство по п. 1, в котором источник света на основе СИД выполнен с возможностью генерации по существу белого света из смеси первого излучения от первого СИД и второго излучения от второго СИД, причем по меньшей мере один первый СИД, по меньшей мере один второй СИД, первый ток и второй ток выбирают так, чтобы в основном белый свет, генерируемый устройством, обеспечивал индекс качества цветопередачи (ИКЦ), равный по меньшей мере 90.

5. Осветительное устройство по п. 1, в котором корпус характеризуется одним или более отверстий, сконфигурированных для облегчения рассеяния тепла.

6. Осветительное устройство по п. 5, в котором из множества отверстий каждое имеет ось симметрии, направленную так, что она не пересекает электрические компоненты устройства.

7. Осветительное устройство по п. 1, дополнительно содержащее покровную линзу, соединенную с корпусом, причем покровная линза и корпус вместе по существу полностью окружают источник света на основе СИД, оптику и теплопоглощающее устройство.

8. Осветительное устройство по п. 7, причем оптика имеет выходную апертуру, причем устройство дополнительно содержит рассеиватель, расположенный напротив выходной апертуры.

9. Осветительное устройство по п. 1, дополнительно содержащее коллимирующую оптику, расположенную для приема первого излучения и второго излучения.

10. Осветительное устройство по п. 9, причем по меньшей мере одно из расположений по меньшей мере одного первого СИД и по меньшей мере одного второго СИД и коллимирующей оптики сконфигурировано для обеспечения угла луча полной ширины на половине максимума равным порядка 25 градусам для по существу белого света, генерируемого устройством.