СПОСОБ И УСТРОЙСТВО, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ОСЛАБЛЕНИЕ СВЕТА ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Российский патент 2015 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом направлено на управление регуляторами света для твердотельной осветительной арматуры. Более точно, различные обладающие признаками изобретения способы и устройства, раскрытые в материалах настоящей заявки, относятся к расширению диапазона светоотдачи твердотельных осветительных систем, в частности на минимальных уровнях освещения.

Уровень техники

Технологии цифрового или твердотельного освещения, т.е. освещения на основе полупроводниковых источников света, например, светоизлучающих диодов (СИДов) и органических светоизлучающих диодов (ОСИДов), предлагают жизнеспособную альтернативу для традиционных флуоресцентных ламп, газоразрядных ламп высокой интенсивности (HID) и ламп накаливания. Функциональные преимущества и полезные результаты СИДов включают в себя высокую степень преобразования энергии и оптическую эффективность, долговечность, низкие эксплуатационные расходы и т.п. Последние достижения в технологии СИДов предоставили эффективные и устойчивые для всего спектра источники света, которые обеспечивают возможность широкого разнообразия эффектов освещенности во многих применениях. Некоторые из арматур, применяющих эти источники, являются модулями освещения, включающими один или более СИДов, которые способны вырабатывать белый свет и/или отличный цвет света, например, красный, зеленый и синий, а также контроллер или процессор для независимого управления выводом СИДов для того, чтобы генерировать широкое разнообразие цветов и эффектов освещения при изменении цвета как, например, подробно рассматривается в патентах США № 6,016,038; 6,211,626 и 7,014,336, включенных в материалы настоящей заявки посредством ссылки.

Многие применения освещения используют регуляторы света. Хотя в лампах накаливания традиционные регуляторы света работают удовлетворительно, часто возникают проблемы, когда эти регуляторы света используются в других типах электронных ламп, включающих компактную флуоресцентную лампу (CFL), галогенную лампу низкого напряжения, использующую электронный трансформатор, и твердотельную осветительную лампу (SSL), например, с СИДами или ОСИДами. Для галогенных ламп низкого напряжения, использующих электронные трансформаторы, в частности, ослабление света может быть выполнено, используя специальные регуляторы света, например, регуляторы света электронного низковольтного (ELV) типа или резистивно-емкостные (RC) регуляторы света, которые соответствующим образом приводят в действие нагрузки, которые на входе имеют схему коррекции коэффициента мощности (PFC).

Регуляторы света типично имеют электронный выключатель. Когда выключатель замкнут (включен), на выходе присутствует напряжение, а когда выключатель разомкнут (выключен), на выходе напряжения нет. В традиционных регуляторах света могут быть использованы различные типы электронных выключателей. Например, может быть использован симистор, для которого требуется минимальный ток, чтобы он оставался включенным. Он также называется током удержания. Лампы с малым потреблением мощности, например, СИД-лампы, часто не способны выдавать этот минимальный ток при низких уровнях ослабления света, что побуждает симистор ошибочно выключаться, а это приводит к мерцанию. Другие регуляторы света в качестве электронного выключателя используют полевые транзисторы со структурой металл-оксид полупроводник (МОП-транзисторы (MOSFETs)) или биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ). Эти выключатели не имеют требования минимального тока, таким образом, СИД-лампы типично работают более удовлетворительно с регуляторами света, которые не имеют в основе симистора.

Традиционные регуляторы света типично отсекают участок для каждой формы сигнала напряжения электрической сети и передают оставшуюся часть сигнала к осветительной арматуре. Регуляторы света с отсечкой фазы по переднему фронту отсекают передний фронт формы сигнала напряжения. Регуляторы света с отсечкой фазы по заднему фронту отсекают задний фронт формы сигнала напряжения. Электронные нагрузки, например, светодиодные приводы, типично лучше функционируют с регуляторами света с отсечкой по заднему фронту.

Традиционные регуляторы света обладают постоянным нижним пределом, относительно высокими выходными действующими напряжениями, которые ограничивают минимальный уровень освещения, которого можно достичь. Регуляторы света также могут воздействовать на максимальную светоотдачу, где максимальная светоотдача при использовании регулятора света является меньшей, чем максимальная светоотдача без использования регулятора света. Например, при использовании типичных традиционных регуляторов света, ток СИДа в зависимости от регулятора света и лампы может изменяться лишь между около 20 процентами и около 90 процентами от тока который является доступным, не применяя регулятор света. Для некоторых традиционных ламп минимальный уровень освещенности может быть доведен до 30 процентов. Существует потребность в доведении до минимума уровней освещенности в диапазоне 5 процентов или ниже, а также в доведении до максимума уровней освещенности ближе к 100 процентам.

Сущность изобретения

Настоящее раскрытие в целом относится к обладающим признаками изобретения способам и устройствам для оптимального расширения диапазона светоотдачи твердотельных источников света, в частности для минимальных уровней освещенности, называемых "значительным ослаблением света".

Вообще в одном аспекте предоставлено устройство для обеспечения возможности значительного ослабления света твердотельных осветительных блоков посредством преобразователя питания. Устройство включает фазовый детектор, блок обработки данных и выключатель. Фазовый детектор выполнен с возможностью принимать сигнал напряжения и обнаруживать нарастающие фронты форм сигнала напряжения. Блок обработки данных выполнен с возможностью инициировать заранее заданный период выключения в ответ на каждый обнаруженный нарастающий фронт. Выключатель выполнен с возможностью предоставлять управляющий сигнал, который деактивирует преобразователь питания в течение периода выключения, не позволяя преобразователю питания обеспечивать питанием твердотельный осветительный блок в течение периода выключения.

В другом аспекте для обеспечения возможности значительного ослабления света твердотельного осветительного блока предоставляется способ, реализованный схемой синхронизации и управления через преобразователь питания. Способ включает в себя прием сигнала выпрямленного напряжения; обнаружение нарастающих фронтов форм сигнала выпрямленного напряжения; и деактивирование преобразователя питания в течение заранее заданного периода выключения в ответ на обнаружение каждого обнаруженного нарастающего фронта для предотвращения обеспечением питанием преобразователь питания твердотельной световой арматуры в течение периода выключения.

В другом аспекте для обеспечения возможности значительного ослабления света твердотельного осветительного блока посредством преобразователя питания предоставляется машиночитаемый носитель для сохранения программ, выполняемых компьютерным процессором. Машиночитаемый носитель включает в себя кодовый сегмент обнаружения для обнаружения нарастающих фронтов форм принятого сигнала выпрямленного напряжения, и кодовый сегмент деактивирования для деактивирования преобразователя питания на заранее заданный период выключения в ответ на каждый обнаруженный нарастающий фронт, не позволяя преобразователю питания обеспечивать питанием твердотельный осветительный блок в течение периода выключения.

Использованный в целях настоящего раскрытия термин "СИД" должен пониматься как, включающий в себя любой светоизлучающий диод или другой тип систем, основанный на инжекции p-n-переходов, которые допускают генерирование излучения в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин СИД включает, но не ограничен, различные конструкции на основе полупроводников, которые излучают свет в ответ на пропускание тока, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИДы), электролюминесцентные ленты и т.п. В частности термин СИД ссылается к светодиодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светодиоды), которые могут быть выполнены с возможностью генерировать излучение в одном или более из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных участках видимого спектра (обычно включая длину волны излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИДов включают, но не в качестве ограничения, различные типы СИДов инфракрасной области спектра, СИДы ультрафиолетовой области спектра, красные СИДы, синие СИДы, зеленые СИДы, желтые СИДы, янтарные СИДы, оранжевые СИДы и белые СИДы (рассматриваемые далее ниже). Должно быть принято во внимание, что СИДы могут быть выполнены с возможностью и/или могут управляться для генерирования излучения, имеющего различную ширину полосы пропускания (например, полную ширину на половине высоты или FWHM) для заданного спектра (например, узкой ширины полосы пропускания, широкой ширины полосы пропускания) и широкое разнообразие доминирующих длин волн в пределах заданной основной классификации цветов.

Например, одна реализация СИДа, выполненная с возможностью генерировать по существу белый свет (например, осветительная арматура белого СИДа), может включать в себя некоторое количество кристаллов, которые соответственно излучают в различных спектрах электролюминесценции, которые в сочетании смешиваются для образования по существу белого света. В другой реализации осветительная арматура белого СИДа может быть ассоциирована с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию с первым спектром в отличный второй спектр. В одном примере этого варианта осуществления при электролюминесценции с относительно короткой длиной волны и с узкой полосой пропускания спектра кристаллофосфор "возбуждается" и в свою очередь излучает волны с большей длинной с более широким спектром.

Также должно быть понятно, что термин СИД не ограничивает физический и/или электрический тип корпуса СИДа. Например, как рассматривалось выше, СИД может ссылаться к одиночному светодиодному устройству, имеющему множество кристаллов, которые выполнены с возможностью излучения в различных спектрах (например, которые могут или не могут управляться индивидуально). Также СИД может быть ассоциирован с люминофором, который принимается во внимание как неотъемлемая часть СИДа (например, для некоторых типов СИДов белого света). В целом термин СИД может ссылаться к корпусным СИДам, бескорпусным СИДам, СИДам для поверхностного монтажа, СИДам технологии COB (диод на плате), СИДам с Т-корпусом, СИДам с радиальным корпусом, СИДам с усиленным корпусом, СИДам, включающим некоторые типы оболочечных и/или оптических элементов (например, рассеивающих линз) и т.п.

Термин "источник света" должен подразумеваться как ссылающийся к любому одному или более из широкого разнообразия источников излучения, включающих, но не для ограничения, источники на основе СИДов (включающих один или более СИДов, как определено выше), источники излучения с нитью накаливания (например, лампы накаливания, галогенные лампы), источники флуоресцентного света, фосфоресцирующие источники, разрядные лампы высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиро-люминесцентных источников (например, пламя), свечных люминесцентных источников (например, калильных сеток, источников излучения угольной дуги), фото-люминесцентных источников (источников с газовым разрядом), катодных люминесцентных источников, использующих электронное насыщение, гальвано-люминесцентных источников, кристалло-люминесцентных источников, кине-люминесцентных источников, термо-люминесцентных источников, триболюминесцентных источников, сонолюминесцентных источников, радиолюминесцентных источников и люминесцентных полимеров.

Заданный источник света может быть выполнен с возможностью генерировать электромагнитное излучение в пределах видимого спектра, за пределами видимого спектра или в сочетании обоих спектров. Следовательно, термины "свет" и "излучение" в материалах настоящей заявки используются взаимозаменяемо. Дополнительно, источник света может включать как неотъемлемые компоненты, один или более фильтр (например, световые фильтры), линзы так и другие оптические компоненты. Также должно быть понятно, что источники света могут быть сконфигурированы для широкого разнообразия применений, включающих, но не в качестве ограничения, указание, отображение и/или освещение. "Источник освещения" является источником света, который в частности выполнен с возможностью генерировать излучение, имеющее удовлетворительную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В контексте "удовлетворительная интенсивность" ссылается к удовлетворительной излучаемой мощности в видимом спектре, сгенерированной в пространстве или среде (для представления общей светоотдачи от источника света во всех направлениях, в терминах излучаемой мощности или "светового потока" часто применяются единицы "люмены") для обеспечения окружающего освещения (т.е. свет, который может быть воспринят не напрямую, а который может быть, например, отражен от одной или более из множества промежуточных поверхностей, перед тем как будет воспринят в целом или отчасти).

Термин "осветительная арматура" используется в материалах настоящей заявки для ссылки к реализации или конструкции из одного или более осветительных блоков, в частности, в виде компоновки, сборки или комплекта. Термин "осветительный блок" используется в материалах настоящей заявки для ссылки к устройству, включающему один или более источников света одинаковых или различных типов. Заданный осветительный блок может иметь любую из множества конструкций крепления для источника(ов) света, любую конструкцию оболочки/корпуса или форму и/или конфигурацию электрического и механического соединения. Дополнительно, заданный осветительный блок, если необходимо, может быть ассоциирован с (например, включая в себя соединение с и/или объединение в корпусе совместно с) различными другими компонентами, относящимися к функционированию источника(ов) света. "Осветительный блок на основе СИД" ссылается к осветительному блоку, который включает один или более источник света на основе СИДов как рассматривалось выше, отдельно или в сочетании с другими источниками света, не на основе СИДов. "Многоканальный" осветительный блок ссылается к осветительному блоку на основе СИД или не на основе СИД, который включает, по меньшей мере, два источника света, выполненных с возможностью соответственно генерировать отличные спектры излучения, при этом каждый отличный спектр источника может именоваться "каналом" многоканального осветительного блока.

Термин "контроллер" используется в материалах настоящей заявки в целом для описания различных устройств, относящихся к функционированию одного или более источников света. Контроллер может быть реализован различными способами (например, как специализированное аппаратное средство) для выполнения различных функций, рассматриваемых в материалах настоящей заявки. "Процессор" является примером контроллера, который применяет один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы, используя программное обеспечение (например, микрокод) для выполнения различных функций, рассматриваемых в материалах настоящей заявки. Контроллер может быть реализован с применением или без процессора, а также может быть реализован в качестве сочетания специализированных аппаратных средств, для выполнения некоторых функций, и процессора (например, одного или более программируемых микропроцессоров и ассоциированных схем) для выполнения остальных функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут применяться в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия, включают, но не в качестве ограничения, традиционные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC), программируемые вентильные матрицы (FPGA).

В различных реализациях процессор и/или контроллер может быть ассоциирован с одним или более запоминающими носителями (в общем называемыми в материалах настоящей заявки "памятью", например, энергозависимой или энергонезависимой машинной памятью, например, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), программируемым постоянным запоминающим устройством (ППЗУ), электрически программируемым постоянным запоминающим устройством (ЭППЗУ), электрически стираемым и программируемым постоянным запоминающим устройством (ЭСППЗУ), флэш-памятью, флоппи-дисками, компакт дисками, оптическими дисками, магнитной лентой и т.п. В некоторых реализациях запоминающий носитель может хранить одну или более программ, которые, когда исполняются на одном или более процессорах и/или контроллерах, выполняют, по меньшей мере, некоторые из функций, рассмотренных в материалах настоящей заявки. Различные запоминающие носители могут быть установлены в пределах процессора или контроллера или могут быть переносными, таким образом, что одна или более программы, сохраненных на нем, могут быть загружены в процессор или контроллер с тем, чтобы реализовывать различные аспекты настоящего изобретения, рассмотренные в материалах настоящей заявки. Термины "программа" или "компьютерная программа" используются в материалах настоящей заявки в общем смысле для ссылки к любому типу машинного кода (например, к программному обеспечению или к микрокоду), который может быть применен для программирования одного или более процессоров или контроллеров.

Должно быть принято во внимание, что все сочетания вышеупомянутых идей и дополнительных идей, рассматриваемые более подробно ниже (такие предоставленные идеи не являются взаимоисключающими), считаются частью патентоспособного объекта изобретения, раскрытого в материалах настоящей заявки. В частности все сочетания заявленных объектов изобретения, показанных в конце этого раскрытия, считаются частью патентоспособного объекта изобретения, раскрытого в материалах настоящей заявки. Также должно быть принято во внимание, что терминология, в явной форме применяемая в материалах настоящей заявки, которая также может быть представлена в любом раскрытии, включенном посредством ссылки, должна соответствовать значению наиболее близкому к конкретным идеям, раскрытым в материалах настоящей заявки.

Краткое описание чертежей

На чертежах подобные ссылочные позиции в целом ссылаются к одинаковым или подобным частям на всех различающихся чертежах. При этом чертежи не обязательно выполнены в масштабе, но при этом в целом на них делается акцент на иллюстрацию принципов изобретения.

Фиг. 1 является блок схемой, на которой показана управляемая регулятором света твердотельная осветительная система согласно типичному варианту осуществления.

На фиг. 2 показаны примерные кривые форм сигналов управляемой регулятором света твердотельной осветительной системы согласно типичному варианту осуществления.

Фиг. 3 является блок схемой, на которой показана управляющая последовательность операций для управляемой регулятором света твердотельной осветительной системы согласно типичному варианту осуществления.

Фиг. 4 является блок схемой, на которой показана схема синхронизации и управления управляемой регулятором света твердотельной осветительной системы фиг. 1 согласно типичному варианту осуществления.

Фиг. 5 является схемой цепи, на которой показана схема синхронизации и управления управляемой регулятором света твердотельной осветительной системы фиг. 1 согласно типичному варианту осуществления.

Подробное описание

В последующем подробном описании в целях объяснения, но не ограничения, излагаются типичные варианты осуществления, раскрывающие специфические подробности, для того, чтобы подробно объяснить настоящие идеи. Однако специалист в данной области техники, который извлечет выгоду из настоящего раскрытия, примет во внимание, что в объеме прилагаемой формулы изобретения в соответствии с настоящими идеями находятся отличные варианты осуществления, которые отклоняются от специфических подробностей, раскрытых в материалах настоящей заявки. Более того, описания широко известных устройств и способов могут быть опущены с тем, чтобы не перегружать излишними подробностями описание типичных вариантов осуществления. Такие способы и устройства, несомненно, находятся в пределах объема и сущности настоящего раскрытия.

Фиг. 1 является блок схемой, на которой показана управляемая регулятором света твердотельная осветительная система согласно типичному варианту осуществления. Со ссылкой на фиг. 1 система 100 регулятора света включает в регулятор 110 света, преобразователь 120 питания и схему 140 синхронизации и управления. Система 100 регулятора света принимает невыпрямленное напряжение от электрической сети 105 и питает SSL-нагрузку на основе настоек регулятора 110 света. Система 100 регулятора света может быть двух- или трех-проводным электронным низковольтным (ELV) регулятором света, например, регулятором света Lutron Diva DVELV-300, доступным от корпорации Lutron Electronics. SSL-нагрузка 130 может быть, например, осветительным блоком или осветительной системой с СИДами или ОСИДами. Различные компоненты, показанные на фиг. 1, могут быть размещены в отличных заранее скомпонованных конфигурациях, которые могут отличаться от отображенной группировки. Например, преобразователь 120 питания, схема 140 синхронизации и управления, а также SSL-нагрузка могут быть скомпонованы вместе в одно изделие, например, в одну из осветительных арматур серии EssentialWhite™, доступную от Philips Color Kinetics (Burlington, MA). Различные варианты осуществления могут включать в себя любой тип регулятора света, осветительной системы и/или сборки, не выходя из объема настоящего изобретения.

Регулятор 110 света принимает невыпрямленное напряжение от источника питания, указанного электрической сетью 105, через линию 102 под напряжением и нейтральную линию 104. В целом, невыпрямленное напряжение является сигналом напряжения линии переменного тока, который имеет значение напряжения, находящееся, например, между около 90 В переменного тока и около 277 В переменного тока, причем сигналу соответствует по существу синусоидальным форма. Регулятор 110 света включает регулировочное устройство (не показано), которое предоставляет возможность выбирать различные уровни ослабления уровня света, например, вручную пользователем или автоматически процессором или другой системой выбора настроек. В варианте осуществления регулировочное устройство предоставляет возможность установки диапазона от около нуля до 100 процентов от максимального уровня света SSL-нагрузки 130 (т.е. при функционировании без регулятора света). Также в различных вариантах осуществления регулятор 110 света является регулятором света с отсечкой фазы (или срезом фазы), который отсекает либо передний фронт, либо задний фронт формы сигнала входного напряжения, за счет чего уменьшает количество питания, достигающего SSL-нагрузки 130. В целях пояснения, предполагается, что регулятор 110 света является регулятором света заднего фронта, который срезает различные участки заднего фронта невыпрямленных синусоидальных форм сигнала, как показано, например, на кривой (1) фиг. 2, где вертикальная ось указывает напряжение переменного тока, горизонтальная ось указывает время, при этом T_N является периодом каждой формы сигнала.

Регулятор 110 света подает к преобразователю 120 питания через линию 102 под напряжением и нейтральную линию 114 ослабленное невыпрямленное напряжение (например, сигнал с отсечкой). Преобразователь 120 питания может включать в себя такую конструкцию и функциональность, которая описана, например, в патенте США № 7,256,554 изобретателя Лиса (Lys), опубликованного 14 августа 2007 г., объект изобретения которого включен в материалы настоящей заявки посредством ссылки. Преобразователь 120 питания включает выпрямитель напряжения для выпрямления невыпрямленного сигнала напряжения, а также остановочный выключатель, например, реагирующий на входной сигнал высокого уровня для остановки преобразования питания. Кривая (2) фиг. 2 показывает пример ослабленного выпрямленного сигнала напряжения переменного тока (например, сигнала с отсечкой).

Преобразователь 120 питания может быть сконструирован из любого сочетания архитектур программных средств, программно-аппаратных средств или программного обеспечения, не выходя из объема настоящих идей. Например, в различных вариантах осуществления преобразователь 120 питания может быть реализован как микропроцессор, ASIC, FPGA и/или микроконтроллер, например как контроллер L6562 PFC, доступный от ST Microelectronics. При использовании контроллера L6562 PFC, остановочный выключатель может быть предусмотрен, например, у вывода детектора перехода через нуль (ZCD) или у вывода умножителя (MULT).

Обычно во время выдачи сигнала регулятором 110 света (время, в течение которого сигнал невыпрямленного напряжения выше нуля), преобразователь 120 питания передает ток, соответствующий сигналу невыпрямленного напряжения к SSL-нагрузке 130. Таким образом, наиболее короткое время выдачи сигнала регулятором света обычно определяет минимальную светоотдачу. В различных вариантах передача тока изначально пресекается (например, примерно от 1мс до 2,5мс) в течение каждого периода выдачи сигнала регулятором 110 света. Это может быть выполнено временным выключением или деактивированием преобразователя 120 питания в течение начального времени подавления, называемого периодом выключения. Если схема значительного ослабления света различных вариантов осуществления отсутствует, идеальный ток соответствует выходному напряжению регулятора света. Если схема значительного ослабления света присутствует, токовый ввод на SSL-нагрузку 130 остается нулевым в течение периода выключения. Когда регулятор 110 света настроен на высокий уровень (сигнал с небольшой отсечкой), значение среднего входного тока к SSL-нагрузке 130 в присутствии периода выключения заметно не меняется. Когда регулятор 110 света настроен на низкий уровень (форма сигнала с большой отсечкой), значение среднего тока фактически стремится к нулю.

Более точно, в этом варианте осуществления схема 140 синхронизации и управления принимает ослабленное невыпрямленное напряжение по входной линии 122 от преобразователя 120 питания и выводит к преобразователю 120 питания сигнал управления питанием по управляющей линии 144. Сигнал управления питанием выключает или, другими словами, временно деактивирует преобразователь 120 питания, таким образом, не позволяя преобразователю 120 питания обеспечивать питанием SSL-нагрузку 130 в течение заранее заданного периода выключения, обеспечивая возможность SSL-нагрузке 130 функционировать при значительном ослаблении света. В различных вариантах осуществления период выключения может составлять, например, от около 1 мс до около 2,5 мс, хотя период выключения может изменяться для обеспечения специфических преимуществ в любых конкретных случаях или для того, чтобы удовлетворить требованиям применения специфической конструкции для различных реализаций, как будет очевидно специалисту в данной области техники.

Например, со ссылкой на фиг. 2, схема 140 синхронизации и управления преобразует ослабленное выпрямленное напряжение переменного тока, показанное на кривой (2), в соответствующий сигнал напряжения постоянного тока (имеющий, например, максимальное значение около 5 В постоянного тока), как показано на кривой (3). Затем схема 140 синхронизации и управления преобразует сигнал напряжения постоянного тока, показанный на кривой (3), в сигнал синхронизации подачи питания, как показано кривой (4) фиг. 2, где период времени каждого импульса эквивалентен периоду выключения. Соответственно, поскольку преобразователь 120 питания выключается или деактивируется в течение периода выключения, результирующее ослабленное выпрямленное напряжение переменного тока, на котором основано управление SSL-нагрузкой 130, имеет небольшой участок с отсечкой, находящийся на переднем фронте синусоидальных форм сигнала, как показано, например, на кривой (5) фиг. 2. Соответственно, управление преобразователем 120 питания осуществляется таким образом, чтобы предоставить меньшее количество питания к SSL-нагрузке 130.

В целом функциональность схемы 140 синхронизации и управления рассматривается со ссылкой к фиг. 3, которая является блок схемой, показывающей управляющую последовательность операций для управляемой регулятором 110 освещения твердотельной осветительной системы согласно типичному варианту осуществления.

Со ссылкой к фиг. 3, на этапе S310 схема 140 синхронизации и управления определяет, был ли принят сигнал выпрямленного напряжения, например, от преобразователя 120 питания через входную линию 122. Сигнал выпрямленного напряжения основан на сигнале невыпрямленного напряжения, который выводится регулятором 110 света и указывает желаемый уровень ослабления света SSL-нагрузки 130 посредством синусоидальных форм сигнала с отсечкой. Если сигнал выпрямленного напряжения не принят (S310:Нет), последовательность операций возвращается к началу для продолжения проверки. Если сигнал выпрямленного напряжения принят (S310:Да), на этапе S320 сигнал выпрямленного напряжения анализируется для обнаружения нарастающего фронта формы сигнала. Например, нарастающий фронт может быть обнаружен при определении "пересечения нуля" сигнала выпрямленного напряжения, рассмотренного ниже, и это является моментом, в который сигнал выпрямленного напряжения отклоняется от уровня напряжения, составляющего ноль, указывая начало нарастающего фронта.

В варианте осуществления перед началом последовательности операций по обнаружению нарастающего фронта может быть выполнен дополнительный этап (не показан) для определения, является ли принятый сигнал выпрямленного напряжения фактически ослабленным выпрямленным напряжением (например, имеющим форму сигнала с отсечкой по заднему фронту), или неослабленным выпрямленным напряжением (например, имеющим полную синусоидальную форму сигнала). Таким образом, период выключения будет реализован лишь в случае сигналов ослабленного выпрямленного напряжения. Также в этом варианте осуществления обнаружение нарастающих фронтов форм сигнала может быть выполнено для сигнала невыпрямленного напряжения (т.е. перед выпрямителем), не выходя из объема настоящих идей.

На этапе S330 определяется, был ли обнаружен нарастающий фронт для сигнала выпрямленного напряжения. Если он не был обнаружен (S330:Нет), последовательность операций возвращается к этапу S310 для продолжения мониторинга принятых сигналов выпрямленного напряжения. Если нарастающий фронт был обнаружен (S330:Да), на этапе S340 активизируется сигнал управления питанием для выключения или деактивирования преобразователя 120 питания на заранее заданный период выключения. На этапе S350 после истечения периода выключения, сигнал управления питанием деактивируется, таким образом, включая или повторно активируя преобразователь 210 питания. В варианте осуществления сигнал управления питанием может осуществлять переход от высокого уровня напряжения (например, 5 В постоянного тока), который длится в течение периода выключения, до низкого уровня напряжения (например, 0 В постоянного тока), как показано на кривой (4) фиг. 2. Как рассмотрено выше, когда преобразователь 120 питания реализуется, используя, например, контроллер L6562 PFC, сигнал управления питанием может быть подан на вход к выводу ZCD, что вынудит контроллер L6562 PFC "выключиться" в ответ на высокий уровень напряжения, и "включиться" в ответ на низкий уровень напряжения. Более конкретно, сигнал с высоким уровнем напряжения фактически активизирует транзистор, который, понижает напряжение вывода ZCD для выключения контроллера L6562 PFC, как рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 5.

Фиг. 4 является блок схемой, показывающей схему синхронизации и управления для управляемой регулятором света твердотельной осветительной системы фиг. 1 согласно типичному варианту осуществления. Со ссылкой на фиг. 4 схема 140-1 синхронизации и управления в отображенном типичном варианте осуществления включает фазовый детектор 450, блок 460 обработки данных и выключатель 470. Фазовый детектор 450 принимает и обнаруживает фазу сигнала выпрямленного напряжения переменного тока, например, от преобразователя 120 питания для того, чтобы идентифицировать нарастающие фронты форм сигнала выпрямленного напряжения. Например, как рассматривалось выше, фазовый детектор 450 может определить "переход нуля" сигнала выпрямленного напряжения, который указывает момент, в который форма сигнала выпрямленного напряжения отклоняется от нуля.

Блок 460 обработки данных принимает указание о том, когда был обнаружен нарастающий фронт формы сигнала выпрямленного напряжения, и в ответ осуществляет управление выключателем 470 для вывода подходящего уровня (например, высокого уровня) сигнала управления питанием в течение заранее заданного периода выключения преобразователя 120 питания. В варианте осуществления блок обработки данных может включать процессор 461 и память 462. Процессор 461 выполнен с возможностью выполнять логические или математические алгоритмы, включая предоставление возможности значительного ослабления света твердотельных осветительных арматур (например, SSL-нагрузки 130) посредством сигнала управления питанием вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, совместно с памятью 462, а также базовой функциональностью по приведению в действие и/или по управлению SSL-нагрузкой 130. Процессор 461 может быть сконструирован из любого сочетания архитектур аппаратных средств, программно-аппаратных средств и программного обеспечения и может включать свою собственную память (например, энергонезависимую память) для хранения исполняемого кода программного обеспечения/программно-аппаратного средств, что позволяет выполнять различные функции. В качестве альтернативы исполняемый код может быть сохранен в выделенных местах в пределах памяти, рассматриваемой ниже. В варианте осуществления процессор 421 может быть центральным процессором (ЦП), например, выполняющим операционную систему, например, операционную систему Windows, доступную от Microsoft Corporation, операционную систему NetWare, доступную от корпорации Novell, или операционную систему Unix, доступную от корпорации Sun Microsystems. При этом операционная система может управлять исполнением других программ схемы 140-1 синхронизации и управления, а также регулятором 110 света и преобразователем 120 питания.

Память 462 может состоять из любого количества, типа и сочетаний энергонезависимых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и энергозависимых оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), и может хранить различные типы информации, например, сигналы и/или компьютерные программы и программно реализованные алгоритмы, выполняемые процессором 461 (и/или другими компонентами), например, для управления ослабленным питанием для SSL-нагрузки 130, а также основную функциональность системы 100 регулятора света. Память 462 может включать любое количество, любой тип или сочетание доступных машиночитаемых запоминающих носителей, например, накопитель на диске, электрически программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), CD, DVD, флэш-память и т.п. Дополнительно, память 462 может хранить заранее заданные периоды выключения, соответствующие различным типам регулятора 110 света, преобразователя 120 питания и/или SSL-нагрузки 130, как рассмотрено выше.

Различные "части", показанные в схеме 140-1 синхронизации и управления, могут быть физически реализованы, используя программно-управляемый микропроцессор, например, процессор 461, логические схемы с постоянными соединениями, аппаратные средства или их сочетание. Также, хотя в целях разъяснения в схеме 140-1 синхронизации и управления части функционально отделены, они могут быть различными образами объединены в любую физическую реализацию.

Фиг. 5 является схемой цепи, на которой показана схема синхронизации и управления управляемой регулятором света твердотельной осветительной системы фиг. 1 согласно типичному варианту осуществления. Со ссылкой на фиг. 5 функциональность схемы 140-2 синхронизации и управления, отчасти реализована микроконтроллером 560, например, PIC10F200, PIC10F220 или PIC10F222, доступным от корпорации Microchip Technology. В отображенной реализации микроконтроллер 560 имеет множество входных/выходных (I/O) выводов или узлов, включающих узел 561 цифрового ввода, предоставляющий возможность обнаружения нарастающих фронтов сигналов выпрямленного напряжения, и узел 562 цифрового вывода для приведения в действие остановочного выключателя преобразователя 120 питания во время периода выключения, например, в начале нарастающего фронта для каждой формы сигнала выпрямленного напряжения, как рассмотрено выше.

Более конкретно, типичная схема 140-2 синхронизации и управления через входную линию 122 принимает сигнал выпрямленного напряжения от преобразователя 120 питания. Схема фазового детектора (нарастающего фронта) схемы 140-2 синхронизации и управления включает омический делитель, состоящий из резисторов R551 и R552 для уменьшения напряжения, высокоомный резистор R553 для ограничения тока и конденсатор 555 малой емкости для доведения до минимума помех. Каждый из резисторов R551 и R552 может иметь значение, например, около 750 Ом, резистор 553 может иметь значение около 4,7 МОм, а конденсатор 555 может иметь размер около 10 пф, хотя эти значения могут изменяться для обеспечения специфических преимуществ для любых конкретных случаев или для того, чтобы удовлетворить требованиям применения специфичной конструкции для различных реализаций, как будет очевидно специалисту в данной области техники.

Схема фазового детектора дополнительно включает внутреннюю схему микроконтроллера 560, включающую диоды 563 и 564 (которые, например, могут быть диодами внутренней защиты микроконтроллера 560). Диоды 563 и 564 соединяются между источником Vcc напряжения и землей. В конфигурации, отображенной на фиг. 5, диоды 563 и 564 быстро насыщаются в ответ на обнаружение нарастающего фронта сигнала выпрямленного напряжения, обеспечивая выраженный цифровой сигнал, который по существу соответствует не нулевым уровням напряжения (импульсам напряжения) сигналов выпрямленного напряжения, примерная иллюстрация которых показана кривой (3) на фиг. 2. В целом начало нарастающего фронта формы сигнала, например, в регуляторе света с отсечкой заднего фронта, обнаруживается, используя конфигурацию фиг. 5, с задержкой лишь около 100 мкс.

Узел 562 вывода микроконтроллера 560 находится под управлением (например, внутреннего процессора микроконтроллера 560) для вывода высокого уровня напряжения в течение заранее заданного времени, которое соответствует периоду выключения, в ответ на обнаружение каждого нарастающего фронта сигнала выпрямленного напряжения, или в противном случае для вывода низкого уровня напряжения. Примерная иллюстрация уровней напряжения на выходном узле 562 показана кривой 4 фиг. 2. В этом варианте осуществления узел 562 цифрового вывода соединяется с затвором транзистора 575 через резистор R571 таким образом, что транзистор 575 открывается во время периода выключения, посредством чего вызывая срабатывание остановочного выключателя преобразователя 120 питания через управляющую линию 144. Например, когда преобразователь 120 питания реализуется, используя контроллер L6562 PFC, транзистор 575 может быть выполнен с возможностью при открытии понижать напряжение вывода ZCD или вывода MULT контроллера L6562 PFC, деактивируя таким образом преобразователь 120 питания. Разумеется, различные варианты осуществления могут включать конфигурации, в которых транзистор 575 закрывается во время периода выключения, принуждая преобразователь 120 питания к деактивации, не выходя из объема настоящих идей.

В варианте осуществления транзистор 575 может быть МОП-транзистором, а резистор R571 может, например, иметь значение 200 Ом. Дополнительно, для транзистора 575 первый исток/сток может быть соединен с управляющей линией 144, а второй исток/сток может быть соединен с землей. В такой конфигурации транзистор 575 открывается в ответ на первый уровень напряжения (например, высокий уровень напряжения), принятый от узла 562 вывода, и закрывается в ответ на второй уровень напряжения (например, низкий уровень напряжения), принятый от узла 562 вывода.

Как только период выключения истекает, узел 562 вывода настраивается на вывод низкого уровня, закрывая транзистор 575, и, таким образом, повторно активируя преобразователь 120 питания. В результате выпрямленное напряжение, согласно которому преобразователь 120 питания управляет SSL-нагрузкой 130, имеет передний фронт с отсечкой, соответствующей периоду выключения в дополнение к заднему фронту с отсечкой, соответствующему желаемой величине ослабления света, установленной регулятором 110 света, как показано, например, кривой (5) фиг. 2. Таким образом можно добиться значительного ослабления света, которое включает ослабление от около 90 процентов до нуля процентов от максимальной способности освещения.

Как сказано выше, функциональность схемы 140 синхронизации и управления фиг. 1 может быть реализована без использования микроконтроллера, например, используя ASIC, FPGA и т.п. Например, в варианте осуществления, где схема 140 синхронизации и управления включает стандартные логические схемы и компакторы, первый компактор сравнивает (омически разделенное) выпрямленное напряжение, принятое посредством входной линии 122, со значением, которое равно нулю. Первое выходное напряжение первого компактора вводится в логическую схему AND, использующуюся для создания высокоомного ввода. Выходное напряжение логической схемы AND подается в схему задержки, которая задерживает нарастающий фронт выходного напряжения логической схемы AND, но не задний фронт. Второй компактор сравнивает выходное напряжение схемы задержки с постоянным опорным напряжением и предоставляет второе выходное напряжение. Между инвертирующими входами первого и второго компакторов и землей могут быть добавлены малые конденсаторы (например, 68 пф) для того, чтобы добиться более стабильного функционирования и уменьшения помех, а на выходах компакторов могут быть включены нагрузочные резисторы (например, 15 кОм).

Первое и второе выходные напряжения от первого и второго компакторов, соответственно подаются к логической схеме XOR, выход которой соединяется с управляющей линией 144 для выборочного деактивирования преобразователя 120 питания в течение периода выключения, предоставляя возможность значительного ослабления света SSL-нагрузки 130. В этом варианте осуществления логическая схема XOR может быть соединена с затвором МОП-транзистора, например, через резистор таким образом, что МОП-транзистор открывался во время периода выключения, таким образом, вызывая срабатывание остановочного выключателя преобразователя 120 питания через управляющую линию 144. Например, когда преобразователь 120 питания реализуется, используя контроллер L6562 PFC, МОП-транзистор может быть выполнен с возможностью при открытии понижать напряжение у вывода ZCD или вывода MULT контроллера L6562 PFC, таким образом, деактивируя преобразователь 120 питания.

Хотя в материалах настоящей заявки было раскрыто и проиллюстрировано множество обладающих признаками изобретения вариантов осуществления, специалистам в данной области техники будет абсолютно очевидно широкое разнообразие других средств и/или конструкций для выполнения функций и/или для получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в материалах настоящей заявки, при этом каждое из таких изменений и/или модификаций полагается как находящееся в пределах объема обладающих признаками изобретения вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки.

В более общем смысле специалисты в данной области техники без труда осознают, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в материалах настоящей заявки, подразумеваются в качестве примерных, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от специфичного применения, для которого эти обладающие признаками изобретения идеи используются. Специалисты в данной области техники осознают или будут в состоянии определить, используя накопленный опыт, множество эквивалентов для отдельных обладающих признаками изобретения вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки. Следовательно, будет понятно, что упомянутые выше варианты осуществления представлены лишь в качестве примера, и что на практике могут быть применены отличные от описанных и заявленных вариантов осуществления, обладающие признаками изобретения, находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов. Обладающие признаками изобретения варианты осуществления настоящего изобретения направлены к каждому индивидуальному признаку, системе, изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанному в материалах настоящей заявки. Также любое сочетание двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно исключающими, включено в пределы обладающего признаками изобретения объема настоящего раскрытия.

Все определения, которые даны и использованы в материалах настоящей заявки, должны быть приняты как более преимущественные, чем определения словарей, определения документов, включенных посредством ссылки, и/или обычные значения данных терминов.

Единственное число существительных, использованных в описании настоящей заявки и в формуле изобретения, если четко не указано иным образом, должно пониматься как "по меньшей мере, один".

Фраза "и/или", как указано в описании настоящей заявки, должна подразумеваться как "любой из двух или оба вместе" для соединяемых таким образом элементов, т.е. эти элементы в некоторых случаях присутствуют в этом объединении, а в других случаях - отсутствуют. Множество элементов, перечисленных с помощью "и/или" должно истолковываться подобным образом, т.е. "один или более" из элементов, соединяемых подобным образом. Если необходимо могут быть использованы другие элементы, отличные от элементов в частности перечисленных союзом "и/или", относящиеся или не относящиеся к перечисленным в частности элементам.

При использовании в описании настоящей заявки и в формуле изобретения фраза "по меньшей мере, один" со ссылкой к списку из одного или более элементов должна означать, по меньшей мере, один элемент из одного или более элементов в списке элементов, причем не обязательно включать, по меньшей мере, каждый элемент, перечисленный в пределах списка элементов, причем не исключаются любые сочетания элементов в списке элементов. Это определение также допускает присутствие, если необходимо, других элементов, отличных от элементов, в частности идентифицированных в пределах списка элементов, к которым ссылается фраза "по меньшей мере, один", при этом они могут быть связанными или несвязанными с идентифицированными в частности элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера выражение "по меньшей мере, один из А и В" (или, эквивалентно, "по меньшей мере, один из А или В", или эквивалентно, "по меньшей мере, один из А и/или В") может ссылаться в одном варианте, по меньшей мере к одному А, если необходимо, включающему больше одного, при отсутствии B (и, если необходимо, включающему элементы отличные от B); в другом варианте, по меньшей мере, к одному В, если необходимо, включающему больше одного, при отсутствии А (и, если необходимо, включающему элементы отличные от А); еще в одном варианте, по меньшей мере, к одному А, если необходимо, включающему больше одного, и, по меньшей мере к одному В, если необходимо, включающему больше одного (и, если необходимо, включающему другие элементы); и т.д.

Также должно быть понятно, пока не будет явно определено иначе, что в любых способах, заявленных в материалах настоящей заявки, которые включают больше, чем один этап или действие, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничен к тому порядку, в котором эти этапы или действия перечислены.

Любые ссылочные позиции или другие символы, присутствующие между круглыми скобками в формуле изобретения предусмотрены лишь для удобства, а не подразумеваются как ограничивающие каким-либо образом формулу изобретения.

Раскрываются устройства и соответствующие способы для оптимального расширения диапазона светоотдачи твердотельных источников света, в частности для минимальных уровней освещения посредством преобразователя питания, который включает фазовый детектор, блок обработки данных и выключатель. Фазовый детектор выполнен с возможностью принимать сигнал напряжения и обнаруживать нарастающие фронты форм сигнала напряжения. Блок обработки данных выполнен с возможностью инициировать заранее заданный период выключения в ответ на каждый обнаруженный нарастающий фронт. Выключатель выполнен с возможностью предоставлять управляющий сигнал, который деактивирует преобразователь питания в течение периода выключения, не позволяя в течение периода выключения преобразователю питания обеспечивать питанием твердотельный осветительный блок. Технический результат - расширение диапазона светоотдачи твердотельных источников света. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для предоставления возможности значительного ослабления света твердотельного осветительного блока посредством преобразователя (120) питания, выполненного с возможностью принимать сигнал напряжения, причем устройство содержит:
фазовый детектор (450), выполненный с возможностью принимать сигнал напряжения и предоставлять цифровой сигнал, соответствующий форме сигнала напряжения, причем цифровой сигнал указывает нарастающие фронты формы сигнала напряжения;
блок (460) обработки данных, выполненный с возможностью предоставлять сигнал синхронизации управления питанием в ответ на цифровой сигнал для инициирования заранее заданного периода выключения в ответ на каждый нарастающий фронт; и
выключатель (470), выполненный с возможностью предоставлять управляющий сигнал, который деактивирует преобразователь питания в течение периода выключения в ответ на сигнал синхронизации управления питанием, не позволяя преобразователю питания обеспечивать питанием твердотельный осветительный блок в течение периода выключения.

2. Устройство по п. 1, в котором период выключения находится в диапазоне от приблизительно 1,0 мс до приблизительно 2,5 мс.

3. Устройство по п. 1, в котором сигнал напряжения содержит сигнал выпрямленного напряжения, принятый фазовым детектором от преобразователя питания, причем сигнал выпрямленного напряжения имеет формы сигнала с отсечкой, указывающие выбранную величину ослабления света.

4. Устройство по п. 3, в котором формы сигнала с отсечкой содержат формы сигнала с отсечкой по заднему фронту.

5. Устройство по п. 3, в котором формы сигнала с отсечкой содержат формы сигнала с отсечкой по переднему фронту.

6. Устройство по п. 1, в котором блок обработки данных инициирует период выключения во время начала участка каждой формы сигнала.

7. Устройство по п. 1, в котором фазовый детектор содержит:
первый диод (563), соединенный между входным узлом и источником высокого напряжения; и
второй диод (564), соединенный между входным узлом и землей,
причем первый и второй диоды насыщаются в ответ на прием фазовым детектором нарастающих фронтов формы сигнала выпрямленного напряжения, предоставляя цифровой сигнал.

8. Устройство по п. 7, в котором фазовый детектор дополнительно содержит:
омический делитель (R551, R552), выполненный с возможностью уменьшать уровень напряжения сигнала выпрямленного напряжения; и
резистор (R553), выполненный с возможностью уменьшать ток для входного узла.

9. Устройство по п. 1, в котором выключатель содержит транзистор (575) с затвором, соединенным с выводом процессора, первым истоком/стоком, соединенным с остановочным выключателем преобразователя питания, и вторыми истоком/стоком, соединенным с землей.

10. Устройство по п. 9, в котором затвор транзистора принимает первый сигнал уровня напряжения от процессора в течение периода выключения, причем первый сигнал уровня напряжения открывает транзистор и деактивирует преобразователь питания посредством остановочного выключателя.

11. Способ, реализуемый схемой синхронизации и управления для предоставления возможности значительного ослабления света твердотельного осветительного блока посредством преобразователя питания, выполненного с возможностью принимать и выпрямлять сигнал напряжения, причем способ состоит в том, что:
принимают этот сигнал выпрямленного напряжения;
предоставляют цифровой сигнал, соответствующий форме сигнала выпрямленного напряжения, причем цифровой сигнал указывает нарастающие фронты формы сигнала выпрямленного напряжения; и
деактивируют преобразователь питания на заранее заданный период выключения в ответ на каждый нарастающий фронт с тем, чтобы преобразователь питания не допускал обеспечения питанием твердотельного осветительного блока в течение периода выключения.

12. Способ по п. 11, в котором период выключения находится в диапазоне от приблизительно 1,0 мс до приблизительно 2,5 мс.

13. Способ по п. 11, в котором сигнал выпрямленного напряжения содержит формы сигнала с отсечкой, указывающие выбранное значение ослабления света.

14. Способ по п. 13, в котором формы сигнала с отсечкой содержат формы сигнала с отсечкой по заднему фронту.

15. Способ по п. 13, в котором формы сигнала с отсечкой содержат формы сигнала с отсечкой по переднему фронту.

16. Способ по п. 11, в котором деактивирование преобразователя питания на заранее заданный период выключения осуществляется во время начала участка каждой формы сигнала.

17. Способ по п. 11, в котором обнаружение нарастающих фронтов формы сигнала выпрямленного напряжения состоит в том, что насыщают по меньшей мере один диод в ответ на прием нарастающих фронтов форм сигнала выпрямленного напряжения.