СИД ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2016 года по МПК H05B33/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к недорогому и простому СИДному (LED, Light-Emitting Diode) источнику света, содержащему N СИДных нагрузок, который выполнен с возможностью непосредственного соединения с источником питания, подающим низкочастотное переменное напряжение, например сетевым источником питания.

Уровень техники

Такой СИДный источник света известен из документа US 7081722. Светодиодные нагрузки представляют собой СИДные матрицы, содержащие последовательные группы (т.е. с последовательным соединением внутри группы) и, возможно, параллельные группы (т.е. с параллельным соединением внутри группы) из отдельных СИДов. Во время работы на выходных клеммах выпрямителя имеется периодически меняющееся постоянное напряжение с частотой 2f и уровнем, меняющимся от 0 вольт до максимальной величины. Когда амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения составляет 0 вольт, ни одна из СИДных нагрузок не пропускает ток. Когда амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается, достигается напряжение, при котором первая СИДная нагрузка начинает пропускать ток. Аналогичным образом, когда амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается дальше до достаточно высокого значения, вторая СИДная нагрузка начинает проводить ток.

Дальнейшее увеличение уровня периодически меняющегося постоянного напряжения последовательно приводит к тому, что оставшиеся СИДные нагрузки начинают пропускать ток.

Когда все СИДные нагрузки пропускают ток, амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается дальше до тех пор, пока не будет достигнута максимальная величина. После этого амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения начинает уменьшаться. Во время уменьшения уровня СИДные нагрузки прекращают проводить ток одна за другой в обратном порядке (сначала прекращает проводить ток N-я СИДная нагрузка, и последней прекращает проводить ток первая СИДная нагрузка). После того как первая СИДная нагрузка прекратила проводить ток, амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения дальше уменьшается до нуля, а затем описанный выше цикл повторяется.

Известный СИДный источник света является очень компактным и сравнительно простым. Помимо этого, его можно снабжать питанием непосредственно от источника низкочастотного переменного напряжения, например европейского или американского сетевого источника питания. Степень использования СИДов определяется следующим образом:

Степень использования СИДов (в случае N=4) = (I_LED1_AVG/I_LED1_AVG*Vseg1 +

I_LED2_AVG/I_LED1_AVG*Vseg2 +

I_LED3_AVG/I_LED1_AVG*Vseg3 +

I_LED4_AVG/I_LED1_AVG*Vseg4)/Vstring_total,

где I_LED#_AVG - средний ток через СИДную нагрузку, рассчитанный в одном периоде низкочастотного переменного напряжения, Vseg# - напряжение СИДной нагрузки и Vstring_total - итоговое напряжение всех 4 СИДных нагрузок.

Низкая степень использования СИДов обусловлена тем фактом, что разные СИДные нагрузки проводят ток в течение промежутков времени, по существу, разной длительности внутри периода периодически меняющегося постоянного напряжения. N-я СИДная нагрузка пропускает ток в течение значительно более короткого интервала времени, чем первая СИДная нагрузка. Как следствие, первая СИДная нагрузка пропускает более высокий средний ток, чем N-я СИДная нагрузка. Светодиодные нагрузки, как правило, созданы из одной или более СИДных сборок, содержащих некоторое число СИДных пластин с множеством переходов. Так как в ходе процесса изготовления, сборки, которые будут использоваться в первой СИДной нагрузке, не обособлены от сборок, которые будут использоваться в любой другой СИДной нагрузке, все сборки имеют одинаковые размер пластины и допустимую мощность сборки, которая должна отвечать требованиям для наихудшей ситуации. В этом случае требования для наихудшей ситуации соответствуют использованию сборки в первой СИДной нагрузке (которая во время работы пропускает наивысший средний ток из всех СИДных нагрузок). При этом большинство СИДных сборок, используемых в СИДном источнике света, не используются в первой СИДной нагрузке.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является предложить СИДный источник света, имеющий сравнительно высокую степень использования СИДов, а также соответствующий способ.

Согласно аспекту настоящего изобретения, предлагается СИДный источник света, содержащий:

- первую входную клемму и вторую входную клемму для соединения с источником питания, подающим низкочастотное переменное напряжение с частотой f;

- выпрямитель, подключенный к входным клеммам для выпрямления низкочастотного переменного напряжения;

- последовательную группу, содержащую N СИДных нагрузок, причем первый и второй концы этой последовательной группы подключены к первой выходной клемме и второй выходной клемме выпрямителя, соответственно; и

- средства управления, обеспечивающие в первом рабочем состоянии и в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения последовательное инициирование пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой в первом порядке и в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда напряжения увеличивается, и последовательное прекращение пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой во втором порядке, обратном упомянутому первому порядку, и в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда напряжения уменьшается, а также обеспечивающие во втором рабочем состоянии и в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения последовательное инициирование пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой в упомянутом втором порядке и в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда увеличивается, и последовательное прекращение пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой в упомянутом первом порядке и в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда уменьшается, причем средства управления дополнительно снабжены электрической схемой, обеспечивающей смену рабочего состояния при каждом пересечении нуля низкочастотным переменным напряжением.

В СИДном источнике света, соответствующем настоящему изобретению, порядок, в котором СИДные нагрузки начинают пропускать ток, меняется на обратный при каждом пересечении нуля низкочастотным переменным напряжением. Как следствие, N-я СИДная нагрузка и первая СИДная нагрузка пропускают одинаковый средний ток в течение каждого периода низкочастотного переменного напряжения. То же справедливо и для второй СИДной нагрузки и (N-1)-й СИДной нагрузки и, если говорить в общем, для n-й СИДной нагрузки и (N-n+1)-й СИДной нагрузки, где n - целое число ≤0,5N. (В случае нечетного N СИДная нагрузка, расположенная в середине, пропускает один и тот же средний ток в течение каждого полупериода низкочастотного переменного напряжения.) Так как средние токи через СИДные нагрузки различаются значительно меньше, чем в случае известного уровня техники, степень использования СИДов является значительно более высокой, и поэтому СИДные сборки, используемые в СИДных нагрузках, могут быть значительно дешевле, чем в случае известного уровня техники.

В первом предпочтительном варианте СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению, средства управления содержат:

- N управляющих цепочек, содержащих переключатель и шунтирующих упомянутые с первой по N-ю СИДные нагрузки, соответственно;

- электрическую схему управления, подключенную к упомянутым N управляющим цепочкам для управления переключателями, входящими в состав этих цепочек; и

- источник тока, подключенный между N-й СИДной нагрузкой и второй выходной клеммой выпрямителя.

Порядок, в котором СИДные нагрузки начинают пропускать ток, и число СИДных нагрузок, пропускающих ток в любой момент времени, определяется переключателями, а источник тока управляет уровнем тока, пропускаемого СИДной нагрузкой (нагрузками).

Во втором предпочтительном варианте СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению, средства управления содержат:

- N управляющих цепочек, содержащих переключаемый источник тока и соединяющих катод СИДной нагрузки со второй выходной клеммой выпрямителя;

- N-1 дополнительную управляющую цепочку, каждая из которых содержит переключатель и шунтирует упомянутые с первой по (N-1)-ю СИДные нагрузки, соответственно; и

- электрическую схему управления, подключенную к переключаемым источникам тока в управляющих цепочках и переключателям, входящим в состав упомянутых дополнительных управляющих цепочек.

В этом втором предпочтительном варианте также переключатели определяют порядок, в котором СИДные нагрузки начинают пропускать ток, и то, сколько СИДных нагрузок пропускают ток в любой момент времени. В любой момент времени только один из источников тока проводит ток и управляет током, протекающим через СИДную нагрузку (нагрузки).

В предпочтительном случае переключатели, входящие в состав управляющих цепочек, шунтирующих СИДные нагрузки в первом или втором предпочтительном варианте, содержат биполярные транзисторы, базовый электрод которых соединен со второй выходной клеммой выпрямителя при помощи последовательной группы из импеданса и переключающего элемента.

Таким образом, управление переключателями, входящими в состав управляющих цепочек, может выполняться сравнительно простым и надежным образом.

В следующем предпочтительном варианте СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению, этот источник содержит:

- последовательную группу из емкостного элемента и переключателя S;

- вторую электрическую схему управления, подключенную к переключателю S для приведения его в проводящее и непроводящее состояния в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения. Переключателем S управляют в зависимости от мгновенной амплитуды выпрямленного низкочастотного переменного напряжения таким образом, чтобы емкостный элемент заряжался, когда амплитуда низкочастотного переменного напряжения является высокой, и функционировал как дополнительный источник питания, когда эта амплитуда является низкой. Таким образом, общее количество тока, поданного в СИДные нагрузки, увеличивается.

Хорошие результаты получены для СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению, в котором N составляет от 3 до 6.

Хорошие результаты также получены для СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению, в котором все СИДные нагрузки имеют одинаковое прямое напряжение.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ питания последовательной группы из N СИДных нагрузок, содержащий следующие этапы:

- создают низкочастотное переменное напряжение с частотой f;

- выпрямляют низкочастотное переменное напряжение;

- подают выпрямленное переменное напряжение в упомянутую последовательную группу, содержащую N СИДных нагрузок;

в первом рабочем состоянии, в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения:

- обеспечивают последовательное инициирование пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой, начиная с первой СИДной нагрузки, которая расположена наиболее близко к первому концу последовательной группы, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда увеличивается;

- обеспечивают последовательное прекращение пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой, начиная с N-й СИДной нагрузки, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда уменьшается;

во втором рабочем состоянии, в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения:

- обеспечивают последовательное инициирование пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой, начиная с N-й СИДной нагрузки, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда увеличивается;

- обеспечивают последовательное прекращение пропускания тока СИДными нагрузками одна за другой, начиная с первой СИДной нагрузки, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда напряжения уменьшается; и

- меняют рабочее состояние при каждом пересечении нуля низкочастотным переменным напряжением.

Краткое описание чертежей

Варианты СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению, будут описаны более подробно с использованием чертежей.

Из чертежей:

на Фиг.1-2 схематично показаны варианты СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению;

на Фиг.3 показан переключатель, входящий в состав управляющей цепочки, с электрической схемой сдвига уровня, соединенной с управляющим электродом переключателя;

на Фиг.4 показан ток, протекающий через различные СИДные нагрузки, как функция от времени для известной электрической схемы со СИДными нагрузками;

на Фиг.5 показан ток, протекающий через различные СИДные нагрузки, как функция от времени для электрической схемы со СИДными нагрузками, показанной на Фиг.1; и

на Фиг.6 показан средний ток, протекающий через СИДные нагрузки, для известного СИДного источника света и СИДного источника света, показанного на Фиг.1.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации

На Фиг.1 К1 и К2 представляют собой, соответственно, первую и вторую входные клеммы для соединения с источником низкочастотного напряжения, например европейским или американским сетевым источником питания.

Ссылочным номером I указан выпрямитель, подключенный к входным клеммам и предназначенный для выпрямления низкочастотного переменного напряжения. Выходные клеммы выпрямителя соединены путем установки последовательной группы из емкостного элемента С1 и переключателя S. Выходные клеммы также соединены путем установки последовательной группы из четырех СИДных нагрузок LED1-LED4 и источника CS тока. Каждая из СИДных нагрузок шунтирована при помощи управляющей цепочки, содержащей переключатель. Эти переключатели обозначены как S1-S4. Ссылочным номером II указана электрическая схема управления, предназначенная для управления переключателями S1-S4, а также переключателем S. Переключатели S1-S4, источник CS тока и электрическая схема II управления вместе образуют средства управления.

Отметим, что можно соединить выходные клеммы выпрямителя через делитель напряжения, чтобы сделать СИДный источник света совместимым с диммером с отсечением фазы.

Во время работы переключателем S управляют в зависимости от мгновенной амплитуды амплитуда выпрямленного низкочастотного переменного напряжения таким образом, чтобы емкостный элемент заряжался, когда амплитуда низкочастотного переменного напряжения является высокой, и функционировал как дополнительный источник питания, когда этот амплитуда является низкой. Хотя этот дополнительный источник питания и является предпочтительным, он не является обязательным.

Теперь будет описана работа СИДного источника света, показанного на Фиг.1, исходя из предположения, что делитель напряжения и дополнительный источник питания не задействуются.

Если входные клеммы К1 и К2 соединены с источником питания, подающим низкочастотное переменное напряжение с частотой f, на выходных клеммах выпрямителя имеется периодически меняющееся постоянное напряжение с частотой 2f. В течение первого периода периодически меняющегося постоянного напряжения, когда средства управления находятся в первом рабочем состоянии, а мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения является низкой, переключатель S1 не проводит ток, в то время как переключатели S2-S4 поддерживаются в проводящем состоянии. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается до прямого напряжения первой СИДной нагрузки LED1, эта нагрузка начинает проводить ток. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается дальше до значения, которое равно сумме прямых напряжений СИДных нагрузок LED1 и LED2, переключатель S2 делают непроводящим, и СИДная нагрузка LED2 начинает пропускать ток. Аналогичным образом, переключатель S3 делают непроводящим, и СИДная нагрузка LED3 начинает пропускать ток, когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения равна сумме прямых напряжений СИДных нагрузок LED1, LED2 и LED3. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения равна сумме прямых напряжений всех СИДных нагрузок, переключатель S4 делают непроводящим, и СИДная нагрузка LED4 начинает проводить ток. После этого мгновенная амплитуда увеличивается до своей максимальной величины, а затем начинает уменьшаться. Во время этого уменьшения СИДные нагрузки делают непроводящими одну за другой в обратном порядке. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения падает ниже суммы четырех прямых напряжений, переключатель S4 делают проводящим, и СИДная нагрузка LED4 прекращает пропускать ток. Мгновенное значение периодически меняющегося постоянного напряжения уменьшается дальше, и когда оно становится ниже суммы прямых напряжений СИДных нагрузок LED1, LED2 и LED3, переключатель S3 делают проводящим, и СИДная нагрузка LED3 прекращает пропускать ток. Дальнейшее уменьшение мгновенного значения периодически меняющегося постоянного напряжения затем вызывает прекращение пропускания тока СИДной нагрузкой LED2 и СИДной нагрузкой LED1, когда это мгновенное значение падает ниже суммы прямых напряжений этих нагрузок LED1 и LED2 и когда это мгновенное значение падает ниже прямого напряжения СИДной нагрузки LED1, соответственно. В описанном варианте ток, пропускаемый СИДными нагрузками (их частью) поддерживается на постоянном уровне в течение одного периода периодически меняющегося постоянного напряжения. Отметим, что также можно менять амплитуду тока в течение периода периодически меняющегося постоянного напряжения, например, чтобы подавить мерцание.

В течение второго периода периодически меняющегося постоянного напряжения средства управления находятся во втором рабочем состоянии, при котором во время увеличения мгновенной амплитуды СИДные нагрузки начинают пропускать ток одна за другой в обратном порядке по сравнению с первым рабочим состоянием. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения является очень низкой, переключатели S1-S3 являются проводящими, а переключатель S4 является непроводящим.

Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения равна прямому напряжению СИДной нагрузки LED4, эта нагрузка LED4 начинает проводить ток. Дальнейшее увеличение мгновенной амплитуды периодически меняющегося постоянного напряжения приводит к тому, что СИДные нагрузки LED3, LED2 и LED1 начинают пропускать тока одна за другой и, следовательно, переключатели S3, S2 и S1, соответственно, нужно делать непроводящими. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения уменьшается, СИДные нагрузки LED1, LED2, LED3 и LED4 прекращают пропускать ток одна за другой в указанном порядке. Аналогичным образом, переключатели S1-S3 делают непроводящими в указанном порядке. Не имеет смысла делать переключатель S4 проводящим, когда мгновенная амплитуда падает ниже прямого напряжения СИДной нагрузки LED4, так как это просто приведет к тому, что через СИДные нагрузки не будет протекать ток, и поэтому не будет возникать свет.

В каждом периоде периодически меняющегося постоянного напряжения переключатель S делают проводящим в течение промежутка времени, когда амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения является сравнительно высокой. Как следствие, емкостный элемент С1 заряжается в течение этого промежутка времени. В течение другого промежутка времени, когда амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения является сравнительно низкой, переключатель S также делают проводящим. В течение этого другого промежутка времени напряжение на емкостном элементе выше мгновенной амплитуды периодически меняющегося постоянного напряжения, и емкостный элемент функционирует как источник питания для подачи тока в СИДные нагрузки (их часть). В следующем периоде периодически меняющегося постоянного напряжения (= следующему полупериоду низкочастотного переменного напряжения) средства управления снова находятся в своем первом рабочем состоянии, и описанная выше операция повторяется.

Отметим, что порядок, в котором СИДные нагрузки заставляют проводить ток в первом рабочем состоянии, не обязательно должен быть LED1-LED2-LED3-LED4 и может быть любым, пока СИДные нагрузки делают проводящими в обратном порядке во время второго рабочего состояния, например, LED1-LED4-LED2-LED3 может быть первым порядком в первом рабочем состоянии, а LED3-LED2-LED4-LED1 может быть вторым порядком во втором рабочем состоянии. Достигается одна и та же степень использования СИДов, несмотря на порядок, в котором СИДные нагрузки делают проводящими.

На Фиг.2 компоненты и части электрической схемы, аналогичные компонентам и частям электрической схемы, показанным на Фиг.1, указаны с использованием тех же ссылочных обозначений. На Фиг.2 катоды всех СИДных нагрузок соединены со второй выходной клеммой выпрямителя при помощи управляющей цепочки, содержащей переключаемый источник тока. Эти источники тока имеют ссылочные номера 11-14. Только СИДные нагрузки LED1-LED3 шунтированы при помощи управляющей цепочки, содержащей переключатель, вместо всех СИДных нагрузок в варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.1. В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.2, переключателями S1-S3 и переключателем S, а также переключаемыми источниками 11-14 тока управляют при помощи электрической схемы II управления.

Кроме того, в случае варианта реализации настоящего изобретения, показанного на Фиг.2, работа описана для ситуации, когда конденсатор С1 и переключатель S не задействуются.

Вариант, показанный на Фиг.2, работает следующим образом.

Если входные клеммы К1 и К2 соединены с источником питания, подающим низкочастотное переменное напряжение с частотой f, между выходными клеммами выпрямителя имеется периодически меняющееся постоянное напряжение с частотой 2f. В течение первого периода периодически меняющегося постоянного напряжения, когда средства управления находятся в первом рабочем состоянии, переключатели S1-S3 все поддерживаются в непроводящем состоянии.

Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается, приводят в действие источник 11 тока, и первая СИДная нагрузка LED1 начинает проводить ток, когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения равно прямому напряжению этой первой СИДной нагрузки. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается дальше и становится равной сумме прямых напряжений СИДных нагрузок LED1 и LED2, выключают источник 11 тока и включают источник 12 тока, и вторая СИДная нагрузка LED2 начинает проводить ток. Когда в случае дальнейшего увеличения мгновенной амплитуды периодически меняющегося постоянного напряжения эта мгновенная амплитуда становится равной сумме прямых напряжений первых трех СИДных нагрузок, источник 12 тока выключают, источник 13 тока включают, и третья СИДная нагрузка LED3 начинает проводить ток. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения равна сумме прямых напряжений всех СИДных нагрузок LED1-LED4, источник 13 тока выключают, источник 14 тока включают, и четвертая СИДная нагрузка LED4 начинает пропускать ток. После этого мгновенная амплитуда увеличивается дальше до своей максимальной величины, а затем начинает уменьшаться. Во время этого уменьшения четыре СИДные нагрузки LED1-LED4 прекращают пропускать ток одна за другой в обратном порядке, начиная с СИДной нагрузки LED4. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения падает ниже суммы прямых напряжений четырех СИДных нагрузок, источник 14 тока выключают, источник 13 тока включают, и СИДная нагрузка LED4 прекращает проводить ток. Когда мгновенная амплитуда падает дальше на величину, равную прямому напряжению третьей СИДной нагрузки LED3, источник 13 тока выключают, источник 12 тока включают, и третья СИДная нагрузка LED3 прекращает проводить ток. Аналогичным образом, когда мгновенная амплитуда падает дальше на величину, равную прямому напряжению второй СИДной нагрузки LED2, источник 12 тока выключают, источник 11 тока включают, и вторая СИДная нагрузка LED2 прекращает проводить ток. Когда мгновенная амплитуда уменьшается дальше на величину, равную прямому напряжению первой СИДной нагрузки LED1, источник 11 тока выключают, и первая СИДная нагрузка LED1 прекращает пропускать ток. Мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения уменьшается дальше до нуля, и после этого начинается следующий период периодически меняющегося постоянного напряжения. В течение этого следующего периода средства управления находятся во втором рабочем состоянии. Как следствие, переключатели S1-S3 все являются проводящими в начале этого следующего периода, и все источники тока выключены. В первой половине этого следующего периода СИДные нагрузки начинают пропускать ток одна за другой в порядке, обратном тому порядку, в котором они начинали пропускать ток в течение первого периода. В этом следующем периоде приводят в действие только источник 14 тока, а источники 11, 12, 13 тока отключены.

Мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается, и когда она равна прямому напряжению СИДной нагрузки LED4, включают источник 14 тока, и СИДная нагрузка LED4 начинает пропускать ток. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения становится равной сумме прямых напряжений СИДных нагрузок LED4 и LED3, переключатель S3 делают непроводящим, и СИДная нагрузка LED3 начинает проводить ток. Аналогичным образом, когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения становится равной сумме прямых напряжений СИДных нагрузок LED4, LED3 и LED2, переключатель S2 делают непроводящим, и СИДная нагрузка LED2 начинает проводить ток. Когда мгновенная амплитуда увеличивается дальше на величину, равную прямому напряжению первой СИДной нагрузки LED1, переключатель S1 делают непроводящим, и первая СИДная нагрузка LED1 начинает пропускать ток.

Мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения увеличивается дальше до своей максимальной величины, а затем начинает уменьшаться. Во время этого уменьшения четыре СИДных нагрузки LED1-LED4 прекращают пропускать ток одна за другой в обратном порядке, начиная с СИДной нагрузки LED1. Когда мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения падает ниже суммы прямых напряжений четырех СИДных нагрузок, переключатель S1 делают проводящим, и первая СИДная нагрузка LED1 прекращает пропускать ток. Когда мгновенная амплитуда падает дальше и становится ниже суммы прямых напряжений СИДных нагрузок LED2, LED3 и LED4, переключатель S2 делают проводящим, и вторая СИДная нагрузка LED2 прекращает проводить ток. Аналогичным образом, когда мгновенная амплитуда падает дальше и становится ниже суммы прямых напряжений СИДных нагрузок LED3 и LED4, переключатель S3 делают проводящим, и третья СИДная нагрузка LED3 прекращает проводить ток. Когда мгновенная амплитуда уменьшается дальше и становится ниже прямого напряжения СИДной нагрузки LED4, выключают источник 14 тока, и четвертая СИДная нагрузка LED4 прекращает пропускать ток. Мгновенная амплитуда периодически меняющегося постоянного напряжения уменьшается дальше до нуля, и после этого начинается следующий период периодически меняющегося постоянного напряжения.

В этом следующем периоде средства управления снова находятся в первом рабочем состоянии, и описанная выше операция начинается еще раз.

На Фиг.3 показана реализация одного из переключателей S1 в вариантах, показанных на Фиг.1 и Фиг.2. S1 представляет собой биполярный транзистор. Базовый электрод биполярного переключателя S1 соединен с коллектором следующего биполярного переключателя FS через резистор R1. Эмиттер этого следующего биполярного переключателя соединен со второй выходной клеммой выпрямителя, которая имеет потенциал Земли (см. также Фиг.1 и Фиг.2). Переключатель S1 можно переводить в проводящее и непроводящее состояние путем перевода упомянутого следующего переключателя FS в проводящее и непроводящее состояние, соответственно. Управляющие сигналы для управления следующим переключателем FS можно генерировать относительно легко, так как эмиттер этого переключателя FS имеет потенциал Земли. Как следствие, часть электрической схемы, показанная на Фиг.3, делает возможным сравнительно простое управление переключателями, входящими в состав управляющих цепочек.

На Фиг.4 показана форма сигналов напряжения и тока в известном СИДном источнике света, содержащем четыре СИДные нагрузки, питание которого осуществляется от европейской электрической сети. Показаны два периода выпрямленного напряжения электрической сети.

На Фиг.4 дополнительно показана форма сигналов тока, протекающего через каждую СИДную нагрузку. Средства управления таким известным СИДным источником света всегда находятся в одном и том же рабочем состоянии. Как следствие, форма сигналов тока, протекающего через СИДные нагрузки, является одинаковой во всех периодах периодически меняющегося постоянного напряжения. Таким образом, средние токи через СИДные нагрузки различаются, и средний ток через СИДную нагрузку LED4 значительно меньше среднего тока через СИДную нагрузку LED1.

На Фиг.5 показана форма соответствующих сигналов напряжения и тока в СИДном источнике света, соответствующем настоящему изобретению, который содержит четыре СИДные нагрузки и питание которого осуществляется от европейской электрической сети.

Можно видеть, что ток через первую СИДную нагрузку LED1, усредненный по двум периодам периодически меняющегося постоянного напряжения, равен току через четвертую СИДную нагрузку LED4, усредненному по двум периодам периодически меняющегося постоянного напряжения. Аналогичным образом, средние токи через вторую СИДную нагрузку LED2 и третью СИДную нагрузку LED3 также равны. Помимо этого, средние токи через первую СИДную нагрузку LED1 и вторую СИДную нагрузку LED2 в СИДном источнике света, соответствующем настоящему изобретению, различаются меньше, чем средний ток через первую СИДную нагрузку LED1 и средний ток через четвертую СИДную нагрузку LED4 в известном СИДном источнике света.

Это дополнительно проиллюстрировано на Фиг.6. На Фиг.6 первые столбики показывают средний ток через каждую из четырех СИДных нагрузок в известном СИДном источнике света, всегда работающем в одном и том же рабочем состоянии (источник света, упомянутый в первом абзаце страницы 1). Вторые столбики показывают средний ток через каждую из четырех СИДных нагрузок в СИДном источнике света, соответствующем настоящему изобретению. Можно видеть, что различия между средними токами через СИДные нагрузки значительно меньше в случае СИДного источника света, соответствующего настоящему изобретению. Это означает, что степень использования СИДов значительно выше, и поэтому СИДные сборки, применяемые для создания СИДных нагрузок, могут быть значительно более дешевыми.

Изобретение относится к устройствам освещения. Техническим результатом является повышение эффективности использования каждой из СИДных нагрузок в составе светодиодного источника света. Результат достигается тем, что светодиодный источник света содержит цепочку СИДных нагрузок (LED1-LED4), питаемых выпрямленным напряжением сетевого источника питания. Число СИДных нагрузок, пропускающих ток, увеличивают по мере увеличения мгновенной амплитуды выпрямленного напряжения сетевого источника питания и уменьшают по мере уменьшения мгновенной амплитуды выпрямленного напряжения сетевого источника питания. Порядок, в котором СИДные нагрузки начинают пропускать ток, и порядок, в котором СИДные нагрузки прекращают пропускать ток, меняют на обратный для каждого полупериода сетевого источника питания. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. СИД источник света, содержащий:
- первую входную клемму и вторую входную клемму для соединения с источником питания, подающим низкочастотное переменное напряжение с частотой f;
- выпрямитель, подключенный к входным клеммам для выпрямления низкочастотного переменного напряжения;
- последовательную группу, содержащую N СИД нагрузок, причем первый и второй концы этой последовательной группы подключены к первой выходной клемме и второй выходной клемме выпрямителя, соответственно; и
- средство управления, обеспечивающее в первом рабочем состоянии и в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения последовательное инициирование пропускания тока СИД нагрузками одна за другой в первом порядке и в зависимости от мгновенного значения амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда увеличивается, и последовательное прекращение пропускания тока СИД нагрузками одна за другой во втором порядке, обратном по отношению к первому порядку, и в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда уменьшается, а также обеспечивающие во втором рабочем состоянии и в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения последовательное инициирование пропускания тока СИД нагрузками одна за другой в упомянутом втором порядке и в зависимости от мгновенного значения амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда увеличивается, и последовательное прекращение пропускания тока СИД нагрузками одна за другой в упомянутом первом порядке и в зависимости от мгновенного значения амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда уменьшается, и причем средство управления дополнительно снабжено схемой, обеспечивающей смену рабочего состояния при каждом пересечении нуля низкочастотным переменным напряжением.

2. СИД источник света по п. 1, в котором средство управления содержит:
- N управляющих цепочек, содержащих переключатель и шунтирующих упомянутые с первой по N-ю СИД нагрузки, соответственно;
- схему управления, подключенную к упомянутым N управляющим цепочкам для управления переключателями, входящими в состав этих цепочек; и
- источник тока, подключенный между N-й светодиодной нагрузкой и второй выходной клеммой выпрямителя.

3. СИД источник света по п. 1, в котором средство управления содержит:
- N управляющих цепочек, содержащих переключаемый источник тока и соединяющих катод СИД нагрузки со второй выходной клеммой выпрямителя;
- N-1 дополнительные управляющие цепочки, каждая из которых содержит переключатель и шунтирует упомянутые с первой по (N-1)-ю светодиодные нагрузки, соответственно; и
- схему управления, подключенную к переключаемым источникам тока в управляющих цепочках и переключателям, входящим в состав упомянутых дополнительных управляющих цепочек.

4. СИД источник света по п. 2 или 3, в котором переключатели, входящие в состав управляющих цепочек, шунтирующих СИД нагрузки, содержат биполярные транзисторы, базовый электрод которых соединен со второй выходной клеммой выпрямителя при помощи последовательной группы из импеданса и переключающего элемента.

5. СИД источник света по п. 1, дополнительно содержащий:
- последовательную группу из емкостного элемента и переключателя S;
- вторую схему управления, подключенную к переключателю S для приведения его в проводящее и непроводящее состояния в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения.

6. СИД источник света по п. 1, в котором N составляет от 3 до 6.

7. СИД источник света по п. 1, в котором все СИД нагрузки имеют одинаковое прямое напряжение.

8. СИД источник света, содержащий:
- первую входную клемму и вторую входную клемму для соединения с источником питания, подающим низкочастотное переменное напряжение с частотой f;
- выпрямитель, подключенный к входным клеммам для выпрямления низкочастотного переменного напряжения;
- последовательную группу, содержащую N СИД нагрузок LED1-LEDN, причем первый и второй концы этой последовательной группы подключены к первой выходной клемме и второй выходной клемме выпрямителя, соответственно; и
- средство управления, обеспечивающее в течение каждого полупериода низкочастотного переменного напряжения последовательное инициирование пропускания тока N СИД нагрузками одна за другой в первом порядке, когда амплитуда низкочастотного переменного напряжения увеличивается, и последовательное прекращение пропускания тока N СИД нагрузками одна за другой во втором порядке, обратном упомянутому первому порядку, когда амплитуда низкочастотного переменного напряжения уменьшается, причем в каждом из N последовательных полупериодов низкочастотного переменного напряжения n-я СИД нагрузка, которую заставляют проводить ток, отличается от n-й СИД нагрузки, которая выполнена с возможностью проводить ток в каждом другом полупериоде из упомянутых N последовательных полупериодов, для каждого значения n, где n является целым числом и находится в диапазоне 1≤n≤N.

9. Способ подачи питания в СИД источник света, снабженный последовательной группой из N СИД нагрузок, содержащий следующие этапы:
- создают низкочастотное переменное напряжение с частотой f;
- выпрямляют низкочастотное переменное напряжение;
- подают выпрямленное переменное напряжение в упомянутую последовательную группу, содержащую N СИД нагрузок; и
- последовательно, в первом рабочем состоянии, в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения:
- обеспечивают инициирование пропускания тока СИД нагрузками одна за другой, начиная с первой СИД нагрузки, которая расположена наиболее близко к первому концу последовательной группы, в зависимости от мгновенного значения амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда напряжения увеличивается;
- обеспечивают последовательное прекращение пропускания тока СИД нагрузками одна за другой, начиная с N-й светодиодной нагрузки, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда уменьшается; и
- последовательно, во втором рабочем состоянии, в течение полупериода низкочастотного переменного напряжения:
- обеспечивают инициирование пропускания тока СИД нагрузками одна за другой, начиная с N-й СИД нагрузки, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда увеличивается; и
- обеспечивают последовательное прекращение пропускания тока СИД нагрузками одна за другой, начиная с первой СИД нагрузки, в зависимости от мгновенной амплитуды низкочастотного переменного напряжения, когда амплитуда уменьшается; и
- меняют рабочее состояние при каждом пересечении нуля низкочастотным переменным напряжением.