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

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится к недорогому и простому светодиодному источнику света, содержащему N светодиодных нагрузок, которые напрямую подсоединяются к источнику электропитания, подающему низкочастотное напряжение переменного тока, такому как электрическая сеть.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Такой светодиодный источник света известен из патента US 7081722 B1. Светодиодные нагрузки являются матрицами светодиодов (LED), содержащими последовательные соединения и, возможно, параллельные соединения отдельных светодиодов. Известный светодиодный источник света содержит выпрямитель для выпрямления низкочастотного питающего напряжения переменного тока. Последовательное соединение, содержащее N светодиодных нагрузок, подсоединяется к выходным контактам выпрямителя. Во время работы периодическое напряжение постоянного тока с мгновенным значением, изменяющимся от нуля вольт до максимальной амплитуды, присутствует между выходными контактами выпрямителя. Известный светодиодный источник света снабжен средством управления для последовательного пропускания тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, начиная с первой светодиодной нагрузки, ближайшей к первому концу последовательного соединения, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда это мгновенное значение возрастает, и последовательного прекращения пропускания тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, начиная с N-й светодиодной нагрузки, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда это мгновенное значение убывает. Такое средство управления обычно содержат N цепочек управления, каждая из которых содержит транзистор и подсоединяется между катодом одной из светодиодных нагрузок и выпрямителем.

Когда мгновенное значение периодического напряжения постоянного тока равно нулю вольт, все транзисторы, содержащиеся в цепочках управления, являются проводящими, но ни через одну из светодиодных нагрузок не проходит ток. Когда мгновенное значение периодического напряжения постоянного тока возрастает, достигается такое значение напряжения, при котором первая светодиодная нагрузка и первый транзистор, содержащийся в первой цепочке управления, начинают проводить ток. Аналогичным образом, когда мгновенное значение периодического напряжения постоянного тока возрастет дальше до достаточно большого значения, вторая светодиодная нагрузка и транзистор во второй цепочке управления начинают быть проводящими. Для того чтобы минимизировать рассеяние мощности, желательно обеспечить, чтобы ток через первую цепочку управления уменьшался и предпочтительно прекращался.

В случае дальнейшего повышения мгновенного значения периодического напряжения постоянного тока оставшиеся нагрузки и транзисторы, содержащиеся в цепочках управления, подсоединенных к катодам этих светодиодных нагрузок, начинают последовательно проводить ток. Когда цепочка управления проводит ток, средство управления обеспечивает, что токи в первых n-1 цепочках управления уменьшаются или прекращаются. Когда все светодиодные нагрузки проводят ток, N-й транзистор проводит ток, и мгновенное значение периодического напряжения постоянного тока возрастает дальше до достижения максимальной амплитуды. После этого мгновенное значение периодического напряжения постоянного тока начинает уменьшаться. В то время как мгновенное значение уменьшается, светодиодные нагрузки прекращают проводить ток одна за другой в обратном порядке (сначала N-я светодиодная нагрузка прекращает проводить ток, и первая светодиодная нагрузка оказывается последней, прекращающей проводить ток). Когда n-я светодиодная нагрузка прекращает проводить ток, (n-1)-я цепочка управления начинает проводить ток. n-й транзистор остается проводящим, но больше не проводит ток или проводит только сильно уменьшенный ток. После того как первая светодиодная нагрузка прекращает проводить ток, все транзисторы остаются проводящими, но ни один не проводит ток, мгновенное значение периодического напряжения постоянного тока уменьшается далее до нуля, и затем повторяется описанный выше цикл. Известный светодиодный источник света очень компактный и сравнительно простой. Кроме того, он может питаться от низкочастотного источника напряжения переменного тока, такого как европейская или американская электрическая сеть.

Несколько способов управления токами в цепочках управления были описаны в предшествующем уровне техники. Возможно, например, сделать n-й транзистор непроводящим, когда напряжение, приложенное к n-й цепочке управления, становится выше опорного значения, приблизительно равного прямому напряжению (n+1)-й светодиодной нагрузки. Другая возможность заключается в том, чтобы сделать транзистор, содержащийся в n-й цепочке управления, непроводящим, когда мгновенное значение выпрямленного низкочастотного напряжения переменного тока становится выше опорного значения, приблизительно равного сумме прямых напряжений первых (n+1) светодиодных нагрузок. Оба этих способа имеют тот недостаток, что прямые напряжения светодиодных нагрузок, которые номинально идентичны, характеризуются определенной степенью разброса. Следствием этого являются перекрытия или зазоры между интервалами проводимости соседних цепочек управления, вызывающие нежелательные выбросы и провалы тока, которые также снижают эффективность схемы.

Еще один способ заключается в считывании тока через n-ю цепочку управления и превращении первых n-1 цепочек управления в непроводящие, когда этот ток превышает опорный уровень. Недостатком этого способа является то, что считанный сигнал тока может становиться очень слабым, когда светодиодный источник тока работает в режиме изменения яркости.

Другая возможность, представленная на фиг. 8 в патенте US 7081722 B1, заключается в подсоединении импеданса, предпочтительно резистора, последовательно с транзистором в каждой цепочке управления и расположении всех резисторов последовательно между транзистором, содержащимся в первой цепочке управления, и вторым выходным контактом выпрямителя. Кроме того, светодиодный источник света снабжается схемой глобального управления током.

В том случае, когда транзисторы реализуются, например, как NPN транзисторы, все базовые электроды этих транзисторов поддерживаются при одном и том же напряжении глобального управления током, генерируемом схемой глобального управления током. Вследствие этого, когда транзисторы в соседних цепочках управления, например в первой и второй, являются оба проводящими, напряжения на их эмиттерах почти одинаковы (оба приблизительно равны напряжению глобального управления током минус 0,7 вольт (напряжение между базой и эмиттером проводящего транзистора)). Однако вследствие малых различий в характеристиках транзисторов, содержащихся в первой и второй цепочках управления, и неравенства проводимых токов напряжения эмиттеров не совсем одинаковы. Поскольку резистор, содержащийся в первой цепочке управления, подключен между этими эмиттерами, падение напряжение на этом резисторе близко к нулю, так что ток через первую цепочку управления также близок к нулю. Подобным образом может быть установлено, что когда n-я цепочка управления проводит ток, токи через первые n-1 цепочки управления уменьшаются по отношению к току через n-ю цепочку. Недостатком этого способа является то, что ток никогда не может быть полностью отсечен, а может быть только уменьшен. Коэффициент уменьшения зависит от тока в n-й цепочке, сопротивления резистора и разницы напряжений база-эмиттер соответствующих NPN транзисторов. Это иллюстрируется посредством примера.

Вследствие экспоненциальной зависимости между током коллектора и напряжением база-эмиттер в биполярном транзисторе отношение между токами коллекторов равное 100 соответствует разнице напряжений база-эмиттер около 120 мВ при комнатной температуре. В том случае, если напряжения база-эмиттер транзисторов в n-й цепочке управления и в (n-1)-й цепочке управления различаются на 120 мВ и ток через n-ю цепочку равен 10 мА, то ток через (n-1)-ю цепочку будет равен 0,1 мА=100 мкА. Величина сопротивления резистора, включенного последовательно с транзистором в (n-1)-ю цепочку, составит тогда 120 мВ/0,1 мА=1200 Ом. Когда ток через n-ю цепочку уменьшается, например, в результате изменения яркости, например, до 3 мА, отношение токов изменяется, так как величина сопротивления резистора постоянна. Результирующий ток через (n-1)-ю цепочку тогда может составлять около 60 мкА, и отношение между токами уменьшается от 100 до приблизительно 50. Эти численные примеры показывают, что (n-1)-я цепочка не обесточивается полностью и что ток только уменьшается по отношению к току в n-й цепочке. Кроме того, эти примеры показывают, что отношение между токами в соседних цепочках зависит от уровня ослабления яркости свечения в светодиодном источнике света.

Тот факт, что токи через цепочки управления не могут быть уменьшены до нуля и что эти нежелательные токи зависят от уровня ослабления яркости свечения, определяет недостаток такого способа управления токами через светодиодные нагрузки и цепочки управления.

Другой эффект упомянутого способа управления токами через светодиодные нагрузки заключается в том, что когда следующая светодиодная нагрузка и следующая цепочка управления начинают проводить ток, то ток через все проводящие светодиодные нагрузки возрастает, поскольку число резисторов, содержащихся в цепочках управления, через которые протекает ток, уменьшается на 1, и напряжение глобального управления током, генерируемое схемой глобального управления током, предполагается остающимся постоянным. По этой причине такой способ управления токами именуется ”наложением фазных токов” (”phase current stacking”).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение светодиодного источника света, в котором управление токами через светодиодные нагрузки является таковым, что провалы и выбросы в токе, поступающем от источника электропитания, а также мерцание света и рассеяние мощности устраняются, в том числе и в случае работы светодиодного источника света в режиме изменения яркости.

Согласно аспекту изобретения обеспечена цепочка светодиодных нагрузок, питаемых посредством выпрямленного напряжения питающей сети. Катод такой светодиодной нагрузки заземлен посредством цепочки. Цепочки делают проводящими и непроводящими одна за другой в зависимости от мгновенного значения выпрямленного напряжения питающей сети, используя считывание как напряжения, так и тока.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечен светодиодный источник света, который содержит:

- первый входной контакт и второй входной контакт для подсоединения к источнику питающего напряжения, подающему низкочастотное питающее напряжение переменного тока с частотой f,

- выпрямитель, подсоединенный к входным контактам, для выпрямления низкочастотного питающего напряжения переменного тока,

- последовательное соединение, содержащее N светодиодных нагрузок, причем первый и второй концы упомянутого последовательного соединения подсоединены к первому выходному контакту и ко второму выходному контакту выпрямителя,

- совокупность схем управления, последовательно обеспечивающую прохождение тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда это мгновенное значение возрастает, и последовательно обеспечивающую прекращение прохождения тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда это мгновенное значение убывает, причем эта совокупность схем управления содержит:

- N цепочек управления, содержащих управляемый регулятор тока и подсоединенных между катодом светодиодной нагрузки и вторым выходным контактом выпрямителя,

- совокупность схем считывания тока для считывания тока в последних N-1 цепочках управления и для уменьшения тока в первых n цепочках управления, когда (n+1)-я цепочка управления проводит ток, причем 1≤n≤N-1,

- N-1 схем считывания напряжения, подсоединенных между катодом (n+1)-й светодиодной нагрузки и управляемым регулятором тока, содержащимся в n-й цепочке управления, чтобы сделать n-ю цепочку управления непроводящей, когда напряжение, приложенное к (n+1)-й цепочке управления, превышает опорное значение, причем 1≤n≤N-1,

- схему глобального управления током, подсоединенную к управляемым регуляторам тока, для управления мгновенным значением тока через цепочки управления, причем каждый из управляемых регуляторов тока содержит последовательное соединение транзистора и по меньшей мере одного импеданса, причем каждый управляемый регулятор тока содержит импеданс, который не содержится в любом из других регуляторов тока, и причем схема глобального управления током и схемы считывания напряжения подсоединены к управляющим электродам транзисторов, содержащихся в управляемых регуляторах тока.

Согласно другому аспекту обеспечен соответствующий способ.

В светодиодном источнике света, соответствующем изобретению, токи через светодиодные нагрузки и цепочки управления управляются посредством считывания тока, а также посредством считывания напряжения. Было установлено, что сочетание этих двух механизмов управления обеспечивает превосходное управление токами через цепочки управления во всем диапазоне изменения яркости.

Хорошие результаты были получены применительно к вариантам реализации светодиодного источника света согласно изобретению, в которых импедансы в цепочках управления содержались в последовательном соединении, подключенном между транзистором, содержащимся в первой цепочке управления, и вторым выходным контактом выпрямителя. При этом возможно эффективное управление токами через светодиодные нагрузки и цепочки управления при очень простой схеме управления.

Хорошие результаты были получены применительно к вариантам реализации светодиодного источника света согласно изобретению, в которых каждая из схем считывания напряжения содержит дополнительный выключатель.

Хорошие результаты были также получены применительно к вариантам реализации светодиодного источника света согласно изобретению, в которых совокупность схем считывания тока содержит N-1 схем считывания тока, причем n-я схема считывания тока подсоединена к общему контакту транзистора и импеданса, содержащимся в (n+1)-й цепочке управления, и подсоединена к управляющим электродам транзисторов в первых n цепочках управления, при этом 1≤n≤N-1. Предпочтительно транзисторы, содержащиеся в схемах считывания напряжения, дополнительно образуют также часть N-1 схем считывания тока.

В предпочтительном варианте реализации светодиодного источника света согласно изобретению схема глобального управления током содержит модулятор для модуляции тока через светодиодные нагрузки с частотой 2f, с тем чтобы мгновенное значение тока уменьшалось, кода мгновенное значение низкочастотного питающего напряжения переменного тока возрастает, и мгновенное значение тока увеличивалось, когда мгновенное значение низкочастотного питающего напряжения переменного тока уменьшается. Как уже указывалось выше, некоторые способы управления током через светодиодные нагрузки вызывают увеличение тока, когда число светодиодных нагрузок, проводящих ток, возрастает. Другими словами, чем большее число светодиодных нагрузок проводит ток, тем выше этот ток. Фактически, для того чтобы уменьшить мерцание света, требуется обратное. За счет модуляции тока через светодиодные нагрузки посредством схемы глобального управления током эффект возрастания тока при управлении способом наложения фазного тока может быть нейтрализован.

Изменение яркости светодиодного источника света согласно изобретению может, например, осуществляться регулировкой напряжения, приложенного к управляющим электродам транзисторов, содержащихся в цепочках управления, посредством схемы глобального управления током.

Такой способ изменения яркости наиболее практически эффективен в том случае, когда светодиодный источник света содержит последовательное соединение выключателя и конденсатора, подсоединенное между выходными контактами выпрямителя и схемами (VIII) управления, чтобы сделать выключатель проводящим в том случае, когда мгновенное значение низкочастотного питающего напряжения переменного тока падает ниже опорного уровня.

Конденсатор обеспечивает то, что питающее напряжение светодиодных нагрузок никогда не падает до нуля и что по меньшей мере часть светодиодных нагрузок всегда проводит ток. Величина этого тока может регулироваться регулировкой напряжения, приложенного к управляющим электродам транзисторов, содержащихся в цепочках управления, посредством схемы глобального управления током. Более конкретно, в том случае, когда светодиодный источник света используется с регулятором яркости, обеспечивающим отсечку фазы, схема глобального управления током может содержать схемы для регулировки напряжения на управляющих электродах транзисторов в управляемых регуляторах тока в зависимости от регулируемого фазового угла регулятора яркости, обеспечивающего отсечку фазы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты реализации светодиодного источника света согласно изобретению будут далее описаны со ссылками на чертежи.

На этих чертежах:

ФИГ. 1 - вариант реализации светодиодного источника света согласно изобретению;

ФИГ. 2 - другой вариант реализации светодиодного источника света согласно изобретению;

ФИГ. 3 - представление модуляции тока, текущего через светодиодные нагрузки, в варианте реализации, показанном на фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 K1 и K2 являются соответственно первым и вторым входными контактами для подсоединения к источнику питающего напряжения, подающему низкочастотное питающее напряжение переменного тока с частотой f, такое как напряжение европейской или американской сети электропитания. Часть I схемы является выпрямителем для выпрямления низкочастотного питающего напряжения переменного тока.

Выходные контакты выпрямителя соединяются посредством последовательного соединения конденсатора C1 и выключателя S.

LL1, LL2, LL3 и LL4, транзистор S4 и резистор Rs вместе образуют последовательное соединение, содержащее N светодиодных нагрузок, подключенное между первым и вторым выходными контактами выпрямителя. Транзистор S1 вместе с резистором Re1 образуют первую цепочку управления. Подобным образом транзистор S2 и резистор Re2 образуют вторую цепочку управления, транзистор S3 и резистор Re3 образуют третью цепочку управления, а транзистор S4 и резистор Rs образуют четвертую цепочку управления.

Транзисторы могут быть, например, униполярными транзисторами, биполярными транзисторами, составными транзисторами с объединенными коллекторами или полевыми МОП-транзисторами. Каждая из цепочек управления подключена между катодом соответствующей светодиодной нагрузки и вторым выходным контактом выпрямителя.

Резисторы Re1-Re3 вместе с резистором Rs содержатся в последовательном соединении, подключенном между транзистором S1 и вторым выходным контактом выпрямителя. Транзистор Q1 вместе с резисторами R1′ и R1′′ образуют схему считывания напряжения, подсоединенную между катодом светодиодной нагрузки LL2 и управляющим электродом транзистора S1. Резисторы R1′ и R1′′ образуют последовательное соединение, подключенное между катодом светодиодной нагрузки LL2 и общим контактом резисторов Re1 и Re2. Транзистор Q1 реализован в виде биполярного транзистора. Базовый электрод транзистора Q1 подсоединен к общему контакту резисторов R1′ и R1′′, тогда как коллектор подсоединен к управляющему электроду транзистора S1, а эмиттер подсоединен к общему контакту резисторов Re1 и Re2. Подобным образом транзистор Q2 вместе с резисторами R2′ и R2′′ образуют схему считывания напряжения, подсоединенную между катодом светодиодной нагрузки LL3 и управляющим электродом транзистора S2, а транзистор Q3 вместе с резисторами R3′ и R3′′ образуют схему считывания напряжения, подсоединенную между катодом светодиодной нагрузки LL4 и управляющим электродом транзистора S3.

Часть II схемы является схемой глобального управления током, подсоединенной к управляющим электродам транзисторов S1, S2, S3 и S4 через соответствующие резисторы R1, R2, R3 и R4. Цепочки управления, схемы считывания напряжения и схема глобального управления током вместе образуют совокупность схем управления, последовательно обеспечивающую прохождение тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда это мгновенное значение возрастает, и последовательно обеспечивающую прекращение прохождения тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда это мгновенное значение уменьшается.

Принцип действия светодиодного источника света, показанного на фиг. 1, заключается в следующем. Когда входные контакты выпрямителя подсоединяются к источнику питающего напряжения, который подает низкочастотное питающее напряжение переменного тока, выпрямленное напряжение переменного тока с частотой 2f существует между выходными контактами выпрямителя. Выключатель S управляется таким образом, что конденсатор C1 заряжается, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения переменного тока велико, и упомянутый конденсатор служит в качестве источника питающего напряжения в течение “времени заполнения”, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения переменного тока очень мало, чтобы сделать отдельную светодиодную нагрузку проводящей ток. Схемы в этом варианте реализации конфигурируются таким образом, что напряжение на конденсаторе C1 достаточно велико, чтобы обеспечить протекание тока через все четыре светодиодные нагрузки. Когда мгновенное значение выпрямленного напряжения переменного тока увеличивается от нуля вольт и достигает величины, превышающей прямое напряжение первой светодиодной нагрузки LL1, выключатель S становится непроводящим, и ток начинает протекать через светодиодную нагрузку LL1, транзистор S1 и последовательное соединение резисторов Re1, Re2, Re3 и Rs. Мгновенное значение тока определяется напряжением, присутствующим на управляющем электроде транзистора S1, то есть генерируемым схемой глобального управления током. При дальнейшем увеличении мгновенного значения выпрямленного напряжения до величины, превышающей сумму прямых напряжений светодиодных нагрузок LL1 и LL2, ток начинает протекать через светодиодные нагрузки LL1 и LL2, транзистор S2 и последовательное соединение резисторов Re2, Re3 и Rs. Напряжение на управляющем электроде транзистора S2 равно напряжению на управляющем электроде транзистора S1, поскольку оба эти напряжения управляются схемой глобального управления током. Как было сказано выше, когда предполагается, что как транзистор S1, так и транзистор S2 являются проводящими, напряжение на общем контакте транзистора S1 и резистора Re1 также почти равно напряжению на общем контакте транзистора S2 и резистора Re2, поскольку каждое из этих напряжений отличается от напряжения, существующего на управляющих электродах, на величину напряжения на проводящих переходах база-эмиттер, то есть приблизительно на 0,7 вольт. Это означает, что напряжения с обеих сторон резистора Re1 почти равны, и, таким образом, падение напряжения на нем почти равно нулю. Другими словами, ток через Re1, а поэтому также и ток через транзистор S1, сильно уменьшен. Тот факт, что напряжение на резисторе Re1 не точно равно нулю, объясняется в основном разбросом характеристик транзисторов и отношением токов в цепочках. Например, падения напряжения на переходе база-эмиттер в S1 и S2 могут слегка различаться. Как было объяснено выше, коэффициент уменьшения дополнительно зависит от тока во второй цепочке управления и сопротивления резистора Re1.

Такой механизм уменьшения тока, проводимого цепочкой управления, именуется ”отсечкой”. Такая отсечка предотвращает ситуацию, при которой две управляющие цепочки одновременно проводят существенный ток, и тем самым препятствует значительному рассеянию мощности. Когда мгновенное значение выпрямленного напряжения возрастает дальше, то светодиодная нагрузка LL1 и светодиодная нагрузка LL2 последовательно становятся проводящими. Механизм отсечки приводит также к тому, что ток через транзистор S2 и резистор Re2 уменьшается, когда светодиодная нагрузка LL3 и транзистор S3 становятся проводящими, и обеспечивает уменьшение тока через транзистор S3 и резистор Re3, когда светодиодная нагрузка LL4 и транзистор S4 становятся проводящими. Однако было обнаружено, что в режиме изменения яркости, когда ток, текущий через светодиодные нагрузи, намного меньше, механизм отсечки становится менее надежным; другими словами, уменьшение тока в цепочке управления, когда следующая цепочка управления становится проводящей, происходит в меньшей степени, и мощностной кпд уменьшается. По этой причине в вариант реализации на фиг. 1 введены дополнительные схемы считывания напряжения для управления током, текущим через цепочки управления. Эти схемы считывания напряжения работают следующим образом. Когда, например, светодиодная нагрузка LL2 является проводящей, напряжение на катоде светодиодной нагрузки LL2 сравнительно велико. Вследствие этого напряжение на резисторе R1′′ также велико, так что транзистор Q1 становится проводящим и при этом транзистор S1 становится непроводящим. Подобным образом транзистор S2 становится непроводящим, когда светодиодная нагрузка LL3 начинает проводить ток, и транзистор S3 становится непроводящим, когда светодиодная нагрузка LL4 начинает проводить ток.

Когда мгновенное значение выпрямленного напряжения достигает своего максимума и начинает уменьшаться, то и механизм отсечки, и схемы считывания напряжения обеспечивают, что цепочки управления проводят ток в порядке, обратном по отношению к порядку, в котором они проводили ток, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения возрастало. Также во время уменьшения мгновенного значения выпрямленного напряжения только одна цепочка управления проводит ток в любой момент времени. Непосредственно перед тем, как мгновенное значение напряжения уменьшится до величины, которая слишком мала, чтобы обеспечить прохождение тока через одну светодиодную нагрузку, выключатель S снова становится проводящим, так что конденсатор C1 может служить в качестве временного источника питающего напряжения.

Поскольку и механизм отсечки, и схемы считывания напряжения управляют током, текущим через цепочки управления, было обнаружено, что такое управление очень надежно, и мерцание света и рассеяние мощности устраняются, в том числе и тогда, когда светодиодный источник света работает в режиме изменения яркости. Изменение яркости светодиодного источника света, показанного на фиг. 1, может быть обеспечено регулировкой напряжения, существующего на управляющих электродах транзисторов S1-S4, посредством схемы глобального управления током.

На фиг. 2 компоненты и части схем, соответствующие компонентам и частям схем, показанным на фиг. 1, обозначаются теми же ссылочными позициями. Вариант реализации, представленный на фиг. 2, содержит 4 цепочки управления, каждая из которых содержит транзистор (S1-S4) и резистор, как и в варианте реализации на фиг. 1. Однако в варианте реализации, представленном на фиг. 2, резисторы обозначены как Rs1-Rs4 и не соединены последовательно, а подключены соответственно между транзисторами S1-S4 и вторым выходным контактом выпрямителя I. Схемы считывания напряжения идентичны используемым в варианте реализации, представленном на фиг. 1. То же относится и к схеме II глобального управления током, выпрямителю I и светодиодным нагрузкам LL1-LL4. Первая схема считывания тока образована диодом D1, резистором Rcs1 и транзистором Q1. Диод D1 и резистор Rcs1 подсоединены последовательно между общим контактом транзистора S2 и резистора Rs2 и управляющим электродом транзистора Q1. Вторая схема считывания тока образована диодом D2, резисторами Rcs2 и Rcs2' и транзистором Q2. Диод D2 и резистор Rcs2 подсоединены последовательно между общим контактом транзистора S3 и резистора Rs3 и управляющим электродом транзистора Q2. Диод D2 и резистор Rcs2' подсоединены последовательно между общим контактом транзистора S3 и резистора Rs3 и управляющим электродом транзистора Q1. Третья схема считывания тока образована диодом D3, резисторами Rcs3, Rcs3' и Rcs3″ и транзистором Q3. Последовательное соединение диода D3 и резистора Rcs3 подсоединено между общим контактом транзистора S4 и резистора Rs4 и управляющим электродом транзистора Q3. Последовательное соединение диода D3 и резистора Rcs3' подсоединено между общим контактом транзистора S4 и резистора Rs4 и управляющим электродом транзистора Q2, а последовательное соединение диода D3 и резистора Rcs3″ подсоединено между общим контактом транзистора S4 и резистора Rs4 и управляющим электродом транзистора Q1.

Следует отметить, что в этом варианте реализации транзисторы Q1, Q2, Q3 и Q4 являются частью схем считывания напряжения, а также схем считывания тока.

Принцип действия варианта изобретения, изображенного на фиг. 2, заключается в следующем.

Большинство частей схем в варианте реализации, представленном на фиг. 2, функционируют таким же образом, как и в варианте, представленном на фиг. 1. Единственными частями схем, которые не содержатся в варианте реализации на фиг. 1, являются схемы считывания тока, и их работа происходит следующим образом. Когда мгновенное значение низкочастотного питающего напряжения переменного тока возрастает, и светодиодная нагрузка LL2 и вторая цепочка управления начинают проводить ток, напряжение на резисторе Rs2 возрастает, и через диод D1 и резистор Rcs1 транзистор Q1 включается, так что транзистор S1 выключается и, таким образом, первая цепочка управления больше не проводит ток. Когда, вследствие дальнейшего повышения мгновенного значения низкочастотного напряжения переменного тока, светодиодная нагрузка LL3 и третья цепочка управления начинают проводить ток, напряжение на резисторе Rs3 возрастает, и через диод D2 и резистор Rcs2 транзистор Q2 становится проводящим, так что транзистор S2 выключается и при этом вторая цепочка управления больше не проводит ток. Кроме того, через диод D2 и резистор Rcs2' транзистор Q1 поддерживается в проводящем состоянии, так что первая цепочка управления остается непроводящей. Когда, вследствие дальнейшего повышения мгновенного значения низкочастотного напряжения переменного тока, светодиодная нагрузка LL4 и четвертая цепочка управления начинают проводить ток, напряжение на резисторе Rs4 возрастает, и через диод D3 и резистор Rcs3 транзистор Q3 включается, так что транзистор S3 выключается и при этом третья цепочка управления больше не проводит ток. Кроме того, через диод D3 и резистор Rcs3' транзистор Q2 поддерживается в проводящем состоянии, и через диод D3 и резистор Rcs3” транзистор Q1 также поддерживается в проводящем состоянии, так что первая цепочка управления и вторая цепочка управления остаются непроводящими.

Когда мгновенное значение низкочастотного питающего напряжения переменного тока начинает уменьшаться, четвертая светодиодная нагрузка LL4 и четвертая цепочка управления перестают проводить ток, третья, вторая и первая цепочки управления последовательно становятся проводящими, и цикл, описанный выше, происходит в обратном порядке. В любой момент времени ток через цепочки управления управляется как схемами считывания напряжения, так и схемами считывания тока. Применительно к варианту реализации, показанному на фиг. 2, это обеспечивает также очень надежное управление, в результате чего мерцание света и рассеяние мощности устраняются, в том числе и при работе в режиме изменения яркости.

В варианте реализации, показанном на фиг. 1, когда последующая светодиодная нагрузка и последующая цепочка управления становятся проводящими, число резисторов на пути прохождения тока через светодиодные нагрузки уменьшается на единицу, так что мгновенное значение тока несколько увеличивается.

Другими словами, чем больше светодиодных нагрузок проводят ток, тем выше этот ток. Фактически, для того чтобы уменьшить мерцание света, требуется обратное. Посредством модуляции напряжения, генерируемого схемой глобального управления током, можно противодействовать возрастанию тока через светодиодные нагрузки, вызванному наложением токов, обеспечивая уменьшение тока через светодиодные нагрузки, когда количество светодиодных нагрузок, проводящих ток, возрастает. В связи с этим схема глобального управления током содержит модулятор.

На фиг. 3 представлена форма выпрямленного низкочастотного питающего напряжения переменного тока и форма напряжения, генерируемого схемой глобального управления током, которое существует на управляющих электродах транзисторов S1-S4, в случае, когда отсутствует модуляция и поэтому напряжение постоянно (фиг. 3а), в случае обеспечения ступенчатой модуляции (фиг. 3b) и в случае обеспечения плавной модуляции (фиг. 3c). В двух последних случаях частота модуляции равна 2f, и, кроме того, модуляция совпадает по фазе с выпрямленным напряжением переменного тока. Можно также увидеть, что модуляция является такой, что напряжение на управляющих электродах транзисторов возрастает, когда выпрямленное напряжение переменного тока уменьшается, и напряжение на управляющих электродах транзисторов уменьшается, когда выпрямленное напряжение переменного тока возрастает. Исключением является напряжение в течение времени заполнения. Как было объяснено выше, в случае варианта, представленного на фиг. 1, в течение времени заполнения конденсатор C1 подает питающее напряжение на все четыре светодиодные нагрузки. Следовательно, в течение времени заполнения напряжение, генерируемое схемой глобального управления током, имеет ту же величину, что и когда выпрямленное напряжение переменного тока очень велико.

Глубина модуляции влияет на мерцание светового выхода и на коэффициент мощности. Она обычно проектируется в зависимости от таких параметров, как число светодиодных нагрузок и напряжение на светодиодной нагрузке, и т.п. Она может быть выбрана так, чтобы полностью компенсировать наложение токов или даже обеспечить сверхкомпенсацию наложения токов, с тем чтобы ток через светодиод был больше, когда одна светодиодная нагрузка проводит ток, чем когда три или четыре светодиодные нагрузки поводят ток.

Изобретение относится к области светотехники. Цепочка светодиодных нагрузок питается посредством выпрямленного напряжения питающей сети. Катод каждой светодиодной нагрузки заземлен посредством цепочки. Цепочки делают проводящими и непроводящими одна за другой в зависимости от мгновенного значения выпрямленного напряжения питающей сети, используя считывание как напряжения, так и тока. Технический результат - снижение мерцания света и рассеяния мощности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Светодиодный источник света, содержащий:
- первый входной контакт (K1) и второй входной контакт (K2) для подсоединения к источнику питающего напряжения, подающему низкочастотное питающее напряжение переменного тока с частотой f,
- выпрямитель (I), подсоединенный к упомянутым входным контактам для выпрямления низкочастотного питающего напряжения переменного тока,
- последовательное соединение, содержащее N светодиодных нагрузок (LL1, LL2, LL3, LL4), причем первый и второй концы упомянутого последовательного соединения подсоединены к первому выходному контакту (K1) и второму выходному контакту (K2) выпрямителя (I),
- совокупность схем управления для обеспечения последовательного и поочередного прохождения тока через светодиодные нагрузки (LL1, LL2, LL3, LL4), одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда упомянутое мгновенное значение возрастает, и для последовательного прекращения прохождения тока через светодиодные нагрузки (LL1, LL2, LL3, LL4), одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда упомянутое мгновенное значение уменьшается, причем упомянутая совокупность схем управления содержит:
- N цепочек управления, причем каждая цепочка управления содержит управляемый регулятор тока, и каждый управляемый регулятор тока подсоединен между катодом светодиодной нагрузки (LL1, LL2, LL3, LL4) и вторым выходным контактом (K2) выпрямителя (I),
- совокупность схем считывания тока для считывания тока в последних N-1 цепочках управления и для уменьшения тока в первых n цепочках управления, когда (n+1)-я цепочка управления проводит ток, причем 1≤n≤N-1,
- N-1 схем считывания напряжения, подсоединенных между катодом (n+1)-й светодиодной нагрузки и управляемым регулятором тока, содержащимся в n-й цепочке управления, для того чтобы сделать n-ю цепочку управления непроводящей, когда напряжение на (n+1)-й цепочке управления превышает опорное значение, причем 1≤n≤N-1,
- схему (II) глобального управления током, подсоединенную к управляемым регуляторам тока для управления мгновенным значением тока через цепочки управления, причем
- каждый управляемый регулятор тока содержит последовательное соединение транзистора (S1, S2, S3, S4) и по меньшей мере одного импеданса (Re1, Re2, Re3, Rs, Rs1, Rs2, Rs3, Rs4),
- каждый управляемый регулятор тока содержит импеданс (Re1, Re2, Re3, Rs, Rs1, Rs2, Rs3, Rs4), который не содержится в любом из других управляемых регуляторов тока, и
- схема (II) глобального управления током и схемы считывания напряжения подсоединены к управляющим электродам транзисторов (S1, S2, S3, S4), содержащихся в управляемых регуляторах тока.

2. Светодиодный источник света по п. 1, в котором импедансы (Re1, Re2, Re3, Rs) в цепочках управления содержатся в токопроводящем пути, подсоединенном между транзистором (S1), содержащимся в первой цепочке управления, и вторым выходным контактом (K2) выпрямителя (I).

3. Светодиодный источник света по п. 1 или 2, в котором каждая из схем считывания напряжения содержит дополнительный транзистор (Q1, Q2, Q3).

4. Светодиодный источник света по п. 1, в котором совокупность схем считывания тока содержит N-1 схем считывания тока, причем n-я схема считывания тока подсоединена к общему контакту транзистора и импеданса, содержащихся в (n+1)-й цепочке управления, и подсоединена к управляющим электродам транзисторов в первых n цепочках управления, причем 1≤n≤N-1.

5. Светодиодный источник света по п. 3, в котором дополнительные транзисторы (Q1, Q2, Q3), содержащиеся в схемах считывания напряжения, образуют также часть N-1 схем считывания тока.

6. Светодиодный источник света по п. 1, в котором схема (II) глобального управления током содержит модулятор для модуляции тока через светодиодные нагрузки с частотой 2f, так что мгновенное значение тока уменьшается, когда мгновенное значение выпрямленного низкочастотного питающего напряжения переменного тока возрастает, и мгновенное значение тока увеличивается, когда мгновенное значение выпрямленного низкочастотного питающего напряжения переменного тока уменьшается.

7. Светодиодный источник света по любому из пп. 1 или 2, причем упомянутый светодиодный источник света выполнен с возможностью изменения яркости за счет регулировки напряжения на управляющих электродах транзисторов (S1, S2, S3, S4) в управляемых регуляторах тока посредством схемы (II) глобального управления током.

8. Светодиодный источник света по п. 7, причем упомянутый светодиодный источник света содержит последовательное соединение выключателя (S) и конденсатора (C1), подключенное между выходными контактами выпрямителя и совокупностью схем (VIII) управления, для перевода выключателя в проводящее состояние, когда мгновенное значение низкочастотного питающего напряжения переменного тока падает ниже опорного значения.

9. Светодиодный источник света по п. 7, причем упомянутый светодиодный источник света пригоден для работы с регулятором яркости с фазовой отсечкой, при этом схема глобального управления током содержит совокупность схем для регулировки напряжения на управляющих электродах транзисторов (S1, S2, S3, S4) в управляемых регуляторах тока в зависимости от регулируемого фазового угла регулятора яркости с фазовой отсечкой.

10. Способ питания светодиодного источника света, содержащий этапы:
- обеспечения источника питающего напряжения, подающего низкочастотное питающее напряжение переменного тока с частотой f,
- выпрямления низкочастотного питающего напряжения переменного тока,
- подачи выпрямленного питающего напряжения переменного тока на последовательное соединение N светодиодных нагрузок,
- последовательного обеспечения прохождения тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда упомянутое мгновенное значение возрастает, и последовательное прекращение прохождения тока через светодиодные нагрузки, одна за другой, в зависимости от мгновенного значения низкочастотного питающего напряжения переменного тока, когда упомянутое мгновенное значение уменьшается, посредством
- обеспечения N цепочек управления, содержащих последовательное соединение транзистора и импеданса и подсоединенных между катодом светодиодной нагрузки и вторым выходным контактом выпрямителя,
- считывания напряжения на цепочках управления и перевода транзистора в n-й цепочке управления в непроводящее состояние, когда напряжение на (n+1)-й цепочке управления превышает опорное значение, причем 1≤n≤N-1,
- считывания тока в последних N-1 цепочках управления и уменьшения тока в первых n цепочках управления, когда (n+1)-я цепочка управления проводит ток, причем 1≤n≤N-1,
- управления мгновенным значением тока через цепочки управления посредством управления напряжениями на управляющих электродах транзисторов, содержащихся в цепочках управления.