СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИАПАЗОНА ЗАТЕМНЕНИЯ ФИКСАТОРОВ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H05B33/08 H05B37/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение направлено, в общем, на управление фиксаторами твердотельного освещения. Более конкретно, различные изобретательские способы и устройства, раскрытые здесь, относятся к избирательному увеличению диапазонов затемнения фиксаторов твердотельного освещения, использующих схемы стабилизации (тока).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цифровые технологии или технологии твердотельного освещения, т.е. освещение, основанное на полупроводниковых источниках света, таких как светодиоды (LED), предлагают жизнеспособную альтернативу традиционным люминесцентным лампам, HID лампам и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды LED включают в себя высокоэнергетическое преобразование и оптическую эффективность, долговечность, более низкие эксплуатационные издержки и многое другое. Недавний прогресс в LED технологии обеспечил эффективные и надежные источники освещения полного спектра, которые дают возможность осуществить разнообразие эффектов освещения во многих приложениях. Некоторые из фиксаторов, воплощающих эти источники, характеризуются модулем освещения, включающим в себя один или несколько LED, способных создавать различные цвета, например красный, зеленый и синий, а также процессором для независимого управления выходом этих LED для генерации разнообразия цветов и эффектов освещения с изменением цвета, например, как подробно обсуждается в патентах США № 6016038 и 6211626, включенных здесь в качестве ссылки. LED технология включает в себя фиксаторы белого освещения, питаемые линейным напряжением, такие как серия ESSENTIALWHITE, доступная от Philips Color Kinetics. Эти фиксаторы могут быть затемняемыми с использованием технологии регулятора света среза, такого как регуляторы света типа низкого электрического напряжения (ELV) для переменных линейных напряжений в 120 В.

Многие приложения освещения используют регуляторы света. Стандартные регуляторы света хорошо работают с лампами накаливания (колбами электрических ламп и галогенными лампами). Однако проблемы случаются с другими типами электронных ламп, включающих в себя компактную люминесцентную лампу (CFL), галогенные лампы низкого напряжения, использующие электронные трансформаторы, и лампы твердотельного освещения, такие как LED и OLED. Галогенные лампы низкого напряжения, использующие электронные трансформаторы, в частности, могут затемняться с использованием специальных регуляторов света, таких как регуляторы типа низкого электрического напряжения (ELV) или резистивно-емкостные (RC) регуляторы света, которые адекватно работают с нагрузками, которые имеют схему коррекции коэффициента мощности (PFC) на входе.

Стандартные регуляторы света обычно обрезают некоторую часть каждой формы волны сигнала напряжения электрической сети и пропускают оставшуюся часть этой формы волны к фиксатору освещения. Регулятор света фронта или прямой фазы обрезает фронт (положительный перепад) формы волны сигнала напряжения. Регулятор света среза или обратной фазы обрезает срез (отрицательный перепад) формы волны сигнала напряжения. Электронные нагрузки, такие как LED возбудители, обычно лучше работают с регуляторами света среза.

Лампы накаливания и другие стандартные резистивные устройства освещения, естественно, реагируют без ошибки на обрезанную гармоническую волну, созданную посредством регулятора света с обрезанием фазы. В противоположность этому, LED и другие твердотельные нагрузки освещения могут испытывать некоторое количество проблем при помещении на такие регуляторы света с обрезанием фазы, как пропадание низшего класса, пропуск зажигания симметричного триодного тиристора, вопросы минимальной нагрузки, мерцание высшего класса и большие шаги в световом выходе.

Кроме того, минимальный световой выход посредством твердотельной нагрузки освещения, когда регулятор света находится при его самом низком установленном значении, является относительно высоким. Например, низкий световой выход установленного значения регулятора света LED может составлять 15-30% от максимального светового выхода установленного значения, что является нежелательно высоким световым выходом при низком установленном значении. Этот высокий световой выход дополнительно усугубляется тем фактом, что реакция человеческого глаза является очень чувствительной при низких уровнях света, что делает этот световой выход кажущимся даже более высоким. Также, стандартные регуляторы света с обрезанием фазы могут иметь минимальные требования к нагрузке, так что LED нагрузка не может быть просто удалена из схемы. Таким образом, существует необходимость в уменьшении светового выхода посредством твердотельной нагрузки освещения, когда соответствующий регулятор света установлен на низкое установленное значение, при удовлетворении любых требований к минимальной нагрузке регулятора света с обрезанием фазы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное описание направлено на изобретательские способы и устройства для уменьшения светового выхода посредством твердотельной нагрузки освещения, когда фаза или уровень затемнения регулятора света установлен на низкое установленное значение.

В общем, в одном аспекте, устройство для управления уровнями светового выхода твердотельной нагрузки освещения при низких уровнях затемнения включает в себя схему стабилизации, подключенную параллельно к твердотельной нагрузке освещения. Эта схема стабилизации включает в себя резистор и транзистор, подключенные последовательно, причем этот транзистор выполнен с возможностью включения и выключения в соответствии с рабочим циклом цифрового управляющего сигнала, когда уровень затемнения, установленный регулятором света, является меньшим, чем заданный первый порог, что уменьшает эффективное сопротивление схемы стабилизации с уменьшением уровня затемнения.

В другом аспекте, некоторое устройство включает в себя LED нагрузку, имеющую световой выход, чувствительный к фазе регулятора света, схемы детектирования, инвертора без обратной связи и схемы стабилизации. Эта схема детектирования выполнена с возможностью детектирования фазы регулятора света и вывода управляющего сигнала широтно-импульсной модуляции (PWM) из порта PWM выхода, причем этот управляющий PWM сигнал имеет рабочий цикл, определенный на основе детектированной фазы регулятора света. Этот инвертор без обратной связи выполнен с возможностью приема выпрямленного напряжения от регулятора света и обеспечения выходного напряжения, соответствующего этому выпрямленному напряжению, для LED нагрузки. Эта схема стабилизации подключена параллельно к LED нагрузке и включает в себя резистор и транзистор, имеющий затвор, подключенный к порту PWM выхода для приема управляющего PWM сигнала. Этот транзистор включается и выключается в качестве реакции на рабочий цикл управляющего PWM сигнала, где процентное отношение рабочего цикла увеличивается по мере того, как детектированная фаза регулятора света уменьшается ниже заданного низкого порога затемнения, что вызывает уменьшение эффективного сопротивления схемы стабилизации и увеличение тока стабилизации через схему стабилизации с уменьшением детектированной фазы регулятора света.

В еще одном аспекте, обеспечен способ для управления уровнем светового выхода посредством твердотельной нагрузки освещения, управляемой регулятором света, причем эта твердотельная нагрузка освещения подключена параллельно к схеме стабилизации. Этот способ включает в себя детектирование фазы регулятора света; определение рабочего цикла цифрового управляющего сигнала в процентном отношении на основе детектированной фазы; и управление переключателем в параллельной схеме стабилизации с использованием этого цифрового управляющего сигнала, причем этот переключатель размыкается и замыкается в качестве реакции на рабочий цикл цифрового управляющего сигнала в процентном отношении для настройки сопротивления параллельной схемы стабилизации, причем сопротивление параллельной схемы стабилизации является обратно пропорциональным к рабочему циклу цифрового управляющего сигнала в процентном отношении. Определение рабочего цикла в процентном отношении включает в себя определение того, что рабочий цикл в процентном отношении равен нулю процентов, когда детектированная фаза является более высокой, чем заданный низкий порог затемнения; и вычисление рабочего цикла в процентном отношении в соответствии с заданной функцией, когда детектированная фаза является более низкой, чем заданный низкий порог затемнения. Заданная функция увеличивает рабочий цикл в процентном отношении в качестве реакции на уменьшения в детектированной фазе.

Как используется здесь для целей данного описания, термин «LED» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы, основанной на инжекции носителей заряда/переходе, которая способна генерировать излучение в качестве реакции на электрический сигнал. Таким образом, термин «LED» включает в себя, но не ограничен этим, различные основанные на полупроводниках структуры, которые излучают свет в качестве реакции на ток, светоизлучающие полимеры, органические светодиоды (OLED), электролюминесцентные полоски и т.п. В частности, термин «LED» относится к светодиодам всех типов (включающих в себя полупроводниковые и органические светодиоды), которые могут быть выполнены с возможностью генерации излучения в одном или нескольких из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных частей видимого спектра (обычно включающего в себя длины волн излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры LED включают в себя, но не ограничены этим, различные типы инфракрасных LED, ультрафиолетовых LED, красных LED, синих LED, зеленых LED, желтых LED, янтарных LED, оранжевых LED и белых LED (обсуждаемых далее ниже). Также следует понимать, что LED могут быть выполнены и/или управляться с возможностью генерации излучения, имеющего различные полосы частот (например, полные полосы частот при половине максимума, или FWHM) для данного спектра (например, узкую полосу частот, широкую полосу частот) и разнообразие доминирующих длин волн в пределах данной общей цветовой классификации.

Например, одна реализация LED, выполненного с возможностью генерации, по существу, белого света (например, LED фиксатор белого освещения) может включать в себя некоторое количество кристаллов, которые, соответственно, излучают различные спектры электролюминесценции, которые, в комбинации, смешиваются для образования, по существу, белого света. В другой реализации, LED фиксатор белого освещения может быть связан с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере этой реализации, электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкий спектр полосы частот «накачивает» этот люминофорный материал, который, в свою очередь, излучает излучение больших длин волн, имеющее несколько более широкий спектр.

Следует также понимать, что термин «LED» не ограничивает физический и/или электрический тип упаковки LED. Например, как обсуждалось выше, LED может относиться к единственному светоизлучающему устройству, имеющему множественные кристаллы, которые выполнены с возможностью относительного излучения различных спектров излучения (например, которые могут или не могут индивидуально управляться). Также, LED может быть связан с люминофором, который рассматривается как интегральная часть LED (например, некоторые типы LED белого света). В общем, термин «LED» может относиться к упакованным LED, неупакованным LED, LED поверхностного монтажа, LED поверхностного монтажа кристаллов, LED монтажа в Т-упаковке, LED радиальной упаковки, LED упаковки мощности, LED, включающих в себя некоторый тип упаковки и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу) и т.д.

Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из разнообразия источников излучения, включающих в себя, но не ограниченных этим, основанные на LED источники (включающие в себя один или несколько LED, определенных выше), источники накаливания (например, лампы с нитью накала, галогенные лампы), люминесцентные источники, фосфоресцентные источники, источники разряда высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогенидные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиролюминесцентные источники (например, плазменные источники), пламеобразные люминесцентные источники (например, газовые мантии, дуговые угольные источники излучения), фотолюминесцентные источники (например, источники газового разряда), катодные люминесцентные источники, использующие электронное насыщение, гальвано-люминесцентные источники, кристалло-люминесцентные источники, кинелюминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Данный источник света может быть выполнен с возможностью генерации электромагнитного излучения в пределах видимого спектра, вне видимого спектра или комбинации обоих. Следовательно, термины «свет» и «излучение» используются здесь эквивалентно. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве интегрального компонента один или несколько фильтров (например, цветные светофильтры), линзы или другие оптические компоненты. Также, следует понимать, что источники света могут быть выполнены для разнообразия приложений, включающих в себя, но не ограниченных этим, индикацию, отображение и/или освещение. «Источником освещения» является источник света, который, в частности, выполнен с возможностью генерации излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте, «достаточная интенсивность» относится к достаточной лучистой энергии в видимом спектре, генерируемом в пространстве или среде (единица измерения «люмены» часто применяется для представления общего светового выхода от источника света во всех направлениях, в терминах лучистой энергии или «светового потока») для освещения окружающей среды (т.е. света, который может восприниматься опосредованно, и который может быть, например, отражен от одной или нескольких из разнообразия вмешивающихся поверхностей перед восприятием целиком или частично).

Термин «фиксатор освещения» используется здесь для ссылки на реализацию или организацию одного или нескольких блоков освещения в конкретный формфактор, узел или упаковку. Термин «блок освещения» используется здесь для ссылки на устройство, включающее в себя один или несколько источников света одного и того же типа или различных типов. Данный блок освещения может иметь любое одно из разнообразия монтажных устройств для источника (источников) света, схем организации и форм оболочки/корпуса и/или конфигураций электрического и механического соединения. Кроме того, данный блок освещения, возможно, может быть связан с (например, включать в себя, быть связанным с и/или упакованным вместе с) различными другими компонентами (например, схемами управления), относящимися к работе источника (источников) света. «Основанный на LED блок освещения» относится к блоку освещения, который включает в себя один или несколько основанных на LED источников света, обсуждаемых выше, одних или в комбинации с другими не основанными на LED источниками света. «Многоканальный» блок освещения относится к основанному на LED или не основанному на LED блоку освещения, который включает в себя по меньшей мере два источника света, выполненных с возможностью, соответственно, генерации различных спектров излучения, где каждый отличающийся спектр источника может быть назван «каналом» многоканального блока освещения.

Термин «контроллер» используется здесь обычно для описания различных устройств, относящихся к работе одного или нескольких источников света. Контроллер может быть реализован многочисленными способами (например, при помощи специализированного аппаратного обеспечения) для выполнения различных функций, обсуждаемых здесь. «Процессор» является одним примером контроллера, который использует один или несколько микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения различных функций, обсуждаемых здесь. Контроллер может быть реализован с использованием или без использования процессора и может быть также реализован как комбинация специализированного аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или нескольких программируемых микропроцессоров и связанных схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут применяться в различных вариантах осуществления данного описания, включают в себя, но не ограничены этим, стандартные микропроцессоры, микроконтроллеры, интегральные схемы прикладной ориентации (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

В различных реализациях, процессор и/или контроллер может быть связан с одним или несколькими носителями данных (обобщенно называемыми здесь «памятью», например, энергозависимой или энергонезависимой компьютерной памятью, такой как ЗУПВ (RAM), ПЗУ (ROM), программируемое ПЗУ (PROM), электрически программируемое ПЗУ (EPROM), электрически стираемое и программируемое ПЗУ (EEPROM), накопитель универсальной последовательной шины (USB), флоппи-диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых реализациях, носители данных могут быть кодированы при помощи одной или нескольких программ, которые, при выполнении на одном или нескольких процессорах и/или контроллерах, выполняют по меньшей мере некоторые из функций, обсуждаемых здесь. Различные носители данных могут быть фиксированы в пределах некоторого процессора или контроллера или могут быть переносными, так что одна или несколько программ, хранимых на них, могут быть загружены в процессор или контроллер таким образом, чтобы реализовать различные аспекты данного изобретения, обсуждаемые здесь. Термины «программа» и «компьютерная программа» используются здесь в обобщенном смысле для ссылки на любой тип компьютерного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может применяться для программирования одного или нескольких процессоров или контроллеров.

В одной сетевой реализации, одно или несколько устройств, связанных с некоторой сетью, могут служить в качестве контроллера для одного или нескольких других устройств, связанных с этой сетью (например, в соотношении ведущий/подчиненный). В другой реализации, сетевая среда может включать в себя один или несколько специализированных контроллеров, которые выполнены с возможностью управления одним или несколькими устройствами, связанными с сетью. Обычно, каждое из множественных устройств, связанных с сетью, может иметь доступ к данным, которые присутствуют на среде или средах передачи данных; однако, данное устройство может быть «адресуемым» в том, что оно выполнено с возможностью избирательного обмена данными с сетью (например, приема данных от сети и/или передачи данных к сети), например, на основе одного или нескольких конкретных идентификаторов (например, «адресов»), назначенных для него.

Термин «сеть», используемый здесь, относится к любому межсоединению двух или нескольких устройств (включающих в себя контроллеры или процессоры), которое облегчает перенос информации (например, для управления устройством, хранения данных, обмена данными и т.д.) между любыми двумя или несколькими устройствами и/или среди множественных устройств, связанных с сетью. Как будет легко понятно, различные реализации сетей, подходящих для межсоединения множественных устройств, могут включать в себя любую из разнообразия топологий и использовать любой из разнообразия протоколов связи. Кроме того, в различных сетях согласно данному описанию, любое другое соединение между двумя устройствами может представлять собой выделенное соединение между двумя системами или, альтернативно, невыделенное соединение. В дополнение к несению информации, предназначенной для этих двух устройств, такое невыделенное соединение может нести информацию, необязательно предназначенную для любого из этих устройств (например, открытое сетевое соединение). Кроме того, будет легко понятно, что различные сети устройств, обсуждаемых здесь, могут использовать одну или несколько беспроводных, проводных/кабельных и/или волоконно-оптических линий связи для облегчения переноса информации по сети.

Следует понимать, что все комбинации вышеизложенных концепций и дополнительных концепций, более подробно обсуждаемых ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно не совместимыми), рассматриваются как часть изобретательского предмета рассмотрения, раскрытого здесь. В частности, все комбинации заявленного предмета рассмотрения, появляющегося в конце данного описания, рассматриваются как часть изобретательского предмета рассмотрения, раскрытого здесь. Следует также понимать, что терминология, явно используемая здесь, которая может также появиться в любом описании, включенном в качестве ссылки, должна соответствовать значению, наиболее совместимому с конкретными концепциями, раскрытыми здесь.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В чертежах, подобные ссылочные символы обычно относятся к одним и тем же или подобным частям по различным изображениям. Также, чертежи не обязательно приведены к масштабу, вместо этого акцент обычно ставится на иллюстрацию принципов данного изобретения.

Фиг.1 является блок-схемой, показывающей систему освещения с возможностью затемнения, включающую в себя твердотельный фиксатор освещения и схему стабилизации, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Фиг.2 является принципиальной схемой, показывающей систему управления затемнением, включающую в себя твердотельный фиксатор освещения и схему стабилизации, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Фиг.3 является графиком, показывающим эффективное сопротивление схемы стабилизации в зависимости от фазы регулятора света, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Фиг.4 является блок-схемой, показывающей процесс установки рабочего цикла для управления эффективным сопротивлением схемы стабилизации, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Фиг.5А-5С показывают эталонные формы волн и соответствующие цифровые импульсы регулятора света, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Фиг.6 является блок-схемой, показывающей процесс детектирования фазы регулятора света, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В следующем подробном описании, с целями объяснения, а не ограничения, репрезентативные варианты осуществления, раскрывающие конкретные подробности, излагаются для обеспечения глубокого понимания данных доктрин. Однако специалисту обычной квалификации в данной области техники, получившему выгоду данного описания, будет ясно, что другие варианты осуществления согласно данным доктринам, которые выходят за рамки конкретных подробностей, раскрытых здесь, остаются в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, описания хорошо известных устройств и способов могут быть опущены таким образом, чтобы не затемнять описание репрезентативных вариантов осуществления. Такие способы и устройства ясно находятся в пределах объема данных доктрин.

Заявители распознали и оценили, что было бы выгодным обеспечить устройство и способ для снижения минимального уровня светового выхода, который мог бы быть в ином случае достигнут посредством электронного трансформатора с твердотельной нагрузкой освещения, подключенной к регулятору света с обрезанием фазы, особенно при удовлетворении требований минимальной нагрузки регулятора света с обрезанием фазы.

Фиг.1 является блок-схемой, показывающей систему освещения с возможностью затемнения, включающую в себя твердотельный фиксатор освещения и схему стабилизации, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Со ссылкой на фиг.1, в некоторых вариантах осуществления, система 100 освещения с возможностью затемнения включает в себя регулятор 104 света и схему 105 выпрямления, которая обеспечивает (затемняемое) выпрямленное напряжение Urect от главных цепей 101 напряжения. Регулятором 104 света является регулятор света с обрезанием фазы, например, который обеспечивает возможность затемнения посредством обрезания фронтов (регулятор света фронта) или срезов (регулятор света среза) форм волн сигнала напряжения от главных цепей 101 напряжения посредством работы его ползунка. Главные цепи 101 напряжения могут обеспечить различные невыпрямленные входные переменные линейные напряжения, такие как 100 В, 120 В, 230 В и 277 В переменного тока, согласно различным реализациям.

Система 100 освещения с возможностью затемнения дополнительно включает в себя детектор 110 фазы регулятора света, инвертор 120, твердотельную нагрузку 130 освещения и схему 140 стабилизации. Обычно, инвертор 120 принимает выпрямленное напряжение Urect от схемы 105 выпрямления и выдает соответствующее постоянное напряжение для питания твердотельной нагрузки 130 освещения. Функция для преобразования между выпрямленным напряжением Urect и постоянным напряжением зависит от различных факторов, включающих в себя напряжение на главных цепях 101 напряжения, свойства инвертора 120, тип и конфигурацию твердотельной нагрузки 130 освещения и другие требования к приложению и конструкции различных реализаций, как было бы ясно специалисту обычной квалификации в данной области техники. Поскольку инвертор 120 принимает выпрямленное напряжение Urect вслед за действием затемнения регулятора 104 света, постоянное напряжение, выдаваемое инвертором 120, отражает фазу регулятора света (т.е. уровень затемнения), приложенную регулятором 104 света.

Схема 140 стабилизации подключена параллельно к твердотельной нагрузке 130 освещения и инвертору 120 и включает в себя резистор 141 и переключатель 145, подключенные последовательно. Эффективным сопротивлением схемы 140 стабилизации, следовательно, можно управлять через работу переключателя 145, например, посредством детектора 110 фазы регулятора света, как обсуждается ниже. В свою очередь, эффективное сопротивление схемы 140 стабилизации непосредственно влияет на величину тока I_B, протекающего через схему 140 стабилизации, и одновременно на величину тока I_L нагрузки, протекающего через параллельную твердотельную нагрузку 130 освещения, тем самым осуществляется управление величиной света, излученного твердотельной нагрузкой 130 освещения.

Детектор 110 фазы регулятора света детектирует фазу регулятора света на основе выпрямленного напряжения Urect и выдает цифровой управляющий сигнал через линию 149 управления к схеме 140 стабилизации для управления работой переключателя 145. Этим цифровым управляющим сигналом может быть сигнал импульсно-кодовой модуляции (PCM), например. В некотором варианте осуществления, высокий уровень (например, цифровая «1») цифрового управляющего сигнала активирует или замыкает переключатель 145, а низкий уровень (например, цифровой «0») цифрового управляющего сигнала деактивирует или размыкает переключатель 145. Также, цифровой управляющий сигнал может чередоваться между высоким и низким уровнями в соответствии с рабочим циклом, определенным посредством детектора 110 фазы регулятора света на основе детектированной фазы. Этот рабочий цикл изменяется от 100% (например, непрерывно при высоком уровне) до нуля процентов (например, непрерывно при низком уровне) и включает в себя любое процентное отношение между ними для соответствующей настройки эффективного сопротивления схемы 140 стабилизации для управления уровнем света, излученного твердотельной нагрузкой 130 освещения. Рабочий цикл в процентном отношении, равный 70%, например, указывает, что волна с огибающей в форме последовательности прямоугольных импульсов цифрового управляющего сигнала находится при высоком уровне для 70 процентов периода волны и при низком уровне для 30 процентов периода волны.

Например, когда детектор 110 фазы регулятора света управляет, чтобы переключатель 145 оставался в разомкнутом положении (нуль процентов рабочего цикла), эффективное сопротивление схемы 140 стабилизации равно бесконечности (разомкнутая схема), так что ток I_B стабилизации равен нулю, и на ток I_L нагрузки не влияет ток I_B стабилизации. Эта работа может применяться в качестве реакции на высокие уровни затемнения (например, выше первого низкого порога затемнения, обсуждаемого ниже) таким образом, что ток I_L является чувствительным только к выходу инвертора 120. Когда детектор 110 фазы регулятора света управляет, чтобы переключатель 145 оставался в замкнутом положении (100 процентов рабочего цикла), эффективное сопротивление схемы 140 стабилизации равно относительно низкому сопротивлению резистора 141, так что ток I_B стабилизации находится на своем самом высоком возможном уровне, а ток I_L нагрузки находится на своем самом низком возможном уровне (например, приближаясь к нулю), при поддержании все же требований минимальной нагрузки, если таковые имеются. Эта работа может быть применена в качестве реакции на исключительно низкие уровни затемнения (например, ниже второго низкого порога затемнения, обсуждаемого ниже) таким образом, что ток I_L является достаточно низким для того, чтобы от твердотельной нагрузки 130 освещения выдавалось от малого света до отсутствия света. Когда детектор 110 фазы регулятора света управляет, чтобы переключатель 145 размыкался и замыкался попеременно, эффективное сопротивление схемы 140 стабилизации находится между низким сопротивлением резистора 141 и бесконечностью, в зависимости от рабочего цикла в процентном отношении. Следовательно, ток I_B стабилизации и ток I_L нагрузки изменяются дополнительно друг к другу при низких уровнях затемнения (например, между первым низким порогом затемнения и вторым низким порогом затемнения). Соответственно, световой выход посредством твердотельной нагрузки 130 освещения аналогично продолжает затемняться, даже при низких уровнях затемнения, что в ином случае не имело бы влияния на световой выход посредством стандартных систем.

Фиг.2 является принципиальной схемой, показывающей систему управления затемнением, включающую в себя твердотельный фиксатор освещения и схему стабилизации, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления. Общие компоненты фиг.2 подобны общим компонентам фиг.1, хотя обеспечено больше подробностей относительно различных компонентов, в соответствии с иллюстративной конфигурацией. Конечно, другие конфигурации могут быть реализованы, не выходя за рамки объема данных доктрин.

Со ссылкой на фиг.2, в некоторых вариантах осуществления, система 200 управления затемнением включает в себя схему 205 выпрямления, схему 210 детектирования фазы регулятора света (пунктирный прямоугольник), инвертор 220, LED нагрузку 230 и схему 240 стабилизации (пунктирный прямоугольник). Как обсуждалось выше в отношении схемы 105 выпрямления, схема 205 выпрямления подключена к регулятору света (не показан), указанному посредством входов близкого к цели затемнения и нейтрального затемнения для приема (затемняемого) невыпрямленного напряжения от главных цепей напряжения (не показаны). В изображенной конфигурации, схема 205 выпрямления включает в себя четыре диода D201-D204, подключенных между узлом N2 выпрямленного напряжения и потенциалом заземления. Узел N2 выпрямленного напряжения принимает (затемняемое) выпрямленное напряжение Urect и подключен к заземлению через конденсатор С215 входной фильтрации, подключенный параллельно к схеме 205 выпрямления.

Инвертор 220 принимает выпрямленное напряжение Urect в узле N2 выпрямленного напряжения и преобразует выпрямленное напряжение Urect в соответствующее постоянное напряжение для питания LED нагрузки 230. Инвертор 220 может работать без обратной связи или способом прямой связи, например, как описано Lys в патенте США № 7256554, который, таким образом, включен здесь в качестве ссылки. В различных вариантах осуществления, инвертором 220 может быть L6562, доступный от ST Microelectronics, например, хотя другие типы инверторов или другие электронные трансформаторы и/или процессоры могут быть включены, не выходя за рамки объема данных доктрин.

LED нагрузка 230 включает в себя цепочку LED, подключенных последовательно, указанных посредством репрезентативных LED 231 и 232, между выходом инвертора 220 и заземлением. Величина тока I_L нагрузки через LED нагрузку 230 при низких фазах регулятора света определяется уровнем сопротивления и соответствующим током I_B стабилизации схемы 240 стабилизации. Уровнем сопротивления схемы 240 стабилизации управляют посредством схемы 210 детектирования фазы регулятора света на основе детектированной фазы (уровня затемнения) регулятора света, как обсуждается ниже.

В изображенном варианте осуществления, схема 240 стабилизации включает в себя транзистор 245, который является иллюстративной реализацией переключателя 145 на фиг.1, и резистор R241. Транзистором 245 может быть полевой транзистор (FET), такой как полевой МОП-транзистор (MOSFET) или полевой транзистор на арсениде галлия (GaAsFET), например. Конечно, различные другие типы транзисторов и/или переключателей могут быть реализованы, не выходя за рамки объема данных доктрин. Предполагая с целями иллюстрации, что транзистором 245 является MOSFET, например, транзистор 245 включает в себя сток, подключенный к резистору R241, исток, подключенный к заземлению, и затвор, подключенный к PWM выходу 219 микроконтроллера 215 в схеме 210 детектирования фазы регулятора света через линию 249 управления. Соответственно, транзистор 245 принимает управляющий PWM сигнал от схемы 210 детектирования фазы регулятора света и «включается» и «выключается» в качестве реакции на соответствующий рабочий цикл, тем самым осуществляется управление эффективным сопротивлением схемы 240 стабилизации, как обсуждалось выше в отношении работы переключателя 145.

Резистор R241 схемы 240 стабилизации имеет фиксированное сопротивление, значение которого должно быть сбалансировано между максимизацией величины тока I_L нагрузки, отклоняемого от LED нагрузки 130, и обеспечением достаточной нагрузки для удовлетворения требований минимальной нагрузки регулятора света с обрезанием фазы, если таковые имеются. А именно, значение резистора R241 является достаточно малым, чтобы, когда рабочий цикл транзистора 245 составляет 100 процентов (например, транзистор 245 удерживается полностью «включенным»), максимальная величина тока I_L нагрузки отклонялась от LED нагрузки 130, с минимизацией светового выхода, и все же достаточно большим для удовлетворения требований минимальной нагрузки. Например, резистор R241 может иметь значение около 1000 Ом, хотя значение сопротивления может изменяться для обеспечения уникальных выгод для любой конкретной ситуации или для удовлетворения требований специфической для приложения конструкции различных реализаций, как было бы ясно специалистам обычной квалификации в данной области техники.

Детектор 210 фазы регулятора света детектирует фазу регулятора света на основе выпрямленного напряжения Urect, обсуждаемого ниже, и выдает управляющий PWM сигнал через линию 249 управления к схеме 240 стабилизации для управления работой транзистора 245. Более конкретно, в изображенном репрезентативном варианте осуществления, схема 210 детектирования фазы регулятора света включает в себя микроконтроллер 215, который использует формы волн выпрямленного напряжения Urect для определения фазы регулятора света и выдает управляющий PWM сигнал через PWM выход 219, подробно обсуждаемый ниже. Например, высокий уровень (например, цифровая «1») управляющего PWM сигнала «включает» транзистор 245, и низкий уровень (например, цифровой «0») управляющего PWM сигнала «выключает» транзистор 245. Следовательно, когда управляющий PWM сигнал является непрерывно высоким (100 процентов рабочего цикла), транзистор 245 удерживается «включенным», когда управляющий PWM сигнал является непрерывно низким (нуль процентов рабочего цикла), транзистор 245 удерживается «выключенным», а когда управляющий PWM сигнал модулируется между высоким и низким, транзистор 245 циклически изменяется между «включением» и «выключением» с частотой, соответствующей рабочему циклу управляющего PWM сигнала.

Фиг.3 является графиком, показывающим эффективное сопротивление схемы стабилизации в зависимости от фазы регулятора света, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления.

Со ссылкой на фиг.3, вертикальная ось изображает эффективное сопротивление схемы стабилизации (например, схемы 240 стабилизации) от нуля до бесконечности, а горизонтальная ось изображает фазу регулятора света (например, детектированную посредством схемы 210 детектирования фазы регулятора света), возрастающую от низкого или минимального уровня регулятора света.

Когда схема 210 детектирования фазы регулятора света определяет, что фаза регулятора света превышает заданный первый низкий порог затемнения, указанный первой фазой θ₁, рабочий цикл управляющего PWM сигнала устанавливается на нуль процентов. В качестве реакции, транзистор 245 «выключается» и находится в своем непроводящем состоянии, что делает эффективное сопротивление пути 240 стабилизации бесконечным. Другими словами, ток I_B стабилизации становится нулем, и никакой ток I_L нагрузки не отклоняется от LED нагрузки 230. В различных вариантах осуществления, первой фазой θ₁ является фаза регулятора света, при которой дополнительное уменьшение уровня затемнения в регуляторе света не уменьшило бы в ином случае световой выход посредством LED нагрузки 230, который может составлять около 15-30 процентов от максимального установленного значения светового выхода, например.

Когда схема 210 детектирования фазы регулятора света определяет, что фаза регулятора света имеет значение ниже первой фазы θ₁, она начинает осуществлять широтно-импульсную модуляцию транзистора 245 посредством настройки рабочего цикла в процентном отношении управляющего PWM сигнала вверх от нуля процентов, для снижения эффективного сопротивления схемы 240 стабилизации, подключенной параллельно к LED нагрузке 230 и инвертору 220. Как обсуждалось выше, увеличивающаяся часть тока I_L нагрузки отклоняется от LED нагрузки 230 и доставляется как ток I_B стабилизации к схеме 240 стабилизации, в качестве реакции на уменьшаемое эффективное сопротивление схемы 240 стабилизации. В различных вариантах осуществления, где инвертор 220 работает без обратной связи, только регулятор света с обрезанием фазы модулирует энергию, доставляемую к выходу инвертора 220, через схему 205 выпрямления. Следовательно, подключение схемы 240 стабилизации к этому выходу не изменяет общую величину энергии на этом выходе, а скорее эффективно делит ее между LED нагрузкой 230 и схемой 240 стабилизации в соответствии с рабочим циклом в процентном отношении PWM сигнала. Так как энергия (и ток) разделяются на два пути, LED нагрузка 230 принимает меньше энергии и, таким образом, создает более низкий уровень света.

Когда схема 210 детектирования фазы регулятора света определяет, что фаза регулятора света была уменьшена ниже заданного второго низкого порога затемнения, указанного второй фазой θ₂, рабочий цикл управляющего PWM сигнала устанавливается на 100 процентов. В качестве реакции, транзистор 245 «включается» и находится в своем полностью проводящем состоянии, делая эффективное сопротивление пути 240 стабилизации по существу равным сопротивлению резистора R241 (плюс незначительные величины линейного сопротивления и сопротивления от транзистора 245). Другими словами, ток I_B стабилизации принимает максимальное значение, так как максимальная величина тока I_L нагрузки отклоняется от LED нагрузки 230.

В различных вариантах осуществления, второй фазой θ₂ является фаза регулятора света, при которой дальнейшее снижение сопротивления пути 240 стабилизации вызвало бы падение нагрузки ниже требований минимальной нагрузки регулятора света. Соответственно, эффективное сопротивление схемы 240 стабилизации является постоянным (например, сопротивление резистора R241) ниже второй фазы θ₂. Таким образом, путь 240 стабилизации извлекает ток даже при очень низких фазах регулятора света, когда этот ток доставляется к «фиктивной нагрузке» вместо LED 231 и 232. Конечно, чем ниже значение R241, тем более близко ток I_L нагрузки через LED нагрузку 230 приближается к нулю, так как транзистор 245 оставлен проводящим в качестве реакции на 100-процентный рабочий цикл. Значение R241 может быть выбрано для уравновешивания потери в эффективности с желаемой производительностью уровня света низшего класса LED нагрузки 230.

Отметим, что репрезентативная кривая на фиг.3 показывает линейную широтно-импульсную модуляцию от 100 процентов до нуля процентов, указанную посредством линейного изменения. Однако нелинейное изменение может быть включено, не выходя за рамки объема данных доктрин. Например, в различных вариантах осуществления, нелинейная функция управляющего PWM сигнала может быть необходимой для создания линейного ощущения светового выхода посредством LED нагрузки 230, соответствующего работе ползунка регулятора света.

Фиг.4 является блок-схемой, показывающей процесс установки рабочего цикла для управления эффективным сопротивлением схемы стабилизации, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления. Процесс, показанный на фиг.4, может быть реализован, например, посредством микроконтроллера 215, хотя другие типы процессоров и контроллеров могут использоваться, не выходя за рамки объема данных доктрин.

В блоке S421, фаза θ регулятора света определяется посредством схемы 210 детектирования фазы регулятора света. В блоке S422, определяется, является ли детектированная фаза регулятора света большей или равной первой фазе θ₁, которая соответствует заданному первому низкому порогу затемнения. Когда детектированная фаза регулятора света является большей или равной первой фазе θ₁ (блок S422: Да), рабочий цикл управляющего PWM сигнала устанавливается на нуль процентов в блоке S423, что «выключает» транзистор 245. Это эффективно устраняет схему 240 стабилизации и позволяет осуществить нормальную работу LED нагрузки 230 в качестве реакции на регулятор света.

Когда детектированная фаза регулятора света не является большей или равной первой фазе θ₁ (блок S422: Нет), рабочий цикл в процентном отношении управляющего PWM сигнала определяется в блоке S424. Этот рабочий цикл в процентном отношении может быть вычислен, например, в соответствии с заданной функцией детектированной фазы регулятора света, например, реализованной как алгоритм программного обеспечения и/или программно-аппаратных средств, выполняемый посредством микроконтроллера 215. Этой заданной функцией может быть линейная функция, которая обеспечивает линейное увеличение рабочих циклов в процентном отношении, соответствующее уменьшающимся уровням затемнения. Альтернативно, этой заданной функцией может быть нелинейная функция, которая обеспечивает нелинейное увеличение рабочих циклов в процентном отношении, соответствующее уменьшающимся уровням затемнения. Рабочий цикл управляющего PWM сигнала устанавливается на определенное процентное отношение в блоке S425. Этот процесс может затем вернуться к блоку S421 для повторного определения фазы θ регулятора света.

В некотором варианте осуществления, эта заданная функция приводит к рабочему циклу в процентном отношении, установленному на 100 процентов при второй фазе θ₂, которая соответствует заданному второму низкому порогу затемнения. Однако, в различных альтернативных вариантах осуществления, вслед за блоком S422 может быть осуществлено отдельное определение, касающееся того, является ли детектированная фаза меньшей или равной второй фазе θ₂. Когда детектированная фаза регулятора света является меньшей или равной второй фазе θ₂, рабочий цикл управляющего PWM сигнала устанавливается на 100 процентов, без необходимости выполнения каких-либо вычислений (например, в блоке S424), касающихся рабочего цикла в процентном отношении и детектированной фазы регулятора света.

Со ссылкой опять на фиг.2, в изображенном репрезентативном варианте осуществления, схема 210 детектирования фазы регулятора света включает в себя микроконтроллер 215, который использует формы волн выпрямленного напряжения Urect для определения фазы регулятора света. Микроконтроллер 215 включает в себя контакт 218 цифрового ввода, подключенный между верхним диодом D211 и нижним диодом D212. Верхний диод D211 имеет анод, подключенный к контакту 218 цифрового ввода, и катод, подключенный к источнику напряжения Vcc, а нижний диод 112 имеет анод, подключенный к заземлению, и катод, подключенный к контакту 218 цифрового ввода. Микроконтроллер 215 также включает в себя цифровой выход, такой как PWM выход 219.

В различных вариантах осуществления, микроконтроллером 215 может быть PIC12F683, доступный от корпорации Microchip Technology, например, хотя другие типы микроконтроллеров или другие процессоры могут быть включены, не выходя за рамки объема данных доктрин. Например, функциональность микроконтроллера 215 может быть реализована посредством одного или нескольких процессоров и/или контроллеров и соответствующей памяти, которая может быть запрограммирована с использованием программного обеспечения или программно-аппаратных средств для выполнения различных функций, или может быть реализована как комбинация специализированного аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или нескольких программируемых микропроцессоров и связанных схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут применяться в различных вариантах осуществления, включают в себя, но не ограничены этим, стандартные микропроцессоры, микроконтроллеры, ASIC и FPGA, обсуждаемых выше.

Схема 210 детектирования фазы регулятора света дополнительно включает в себя различные пассивные электронные компоненты, такие как первый и второй конденсаторы С213 и С214 и первый и второй резисторы R211 и R212. Первый конденсатор С213 подключен между контактом 218 цифрового ввода микроконтроллера 215 и узлом N1 детектирования. Второй конденсатор С214 подключен между узлом N1 детектирования и заземлением. Первый и второй резисторы R211 и R212 подключены последовательно между узлом N2 выпрямленного напряжения и узлом N1 детектирования. В изображенном варианте осуществления, первый конденсатор С213 может иметь значение около 560 пФ, а второй конденсатор С214 может иметь значение около 10 пФ, например. Также, первый резистор R211 может иметь значение около 1 МОм, а второй резистор R212 может иметь значение около 1 МОм, например. Однако соответствующие значения первого и второго конденсаторов С213 и С214 и первого и второго резисторов R211 и R212 могут изменяться для обеспечения уникальных выгод для какой-либо конкретной ситуации или для удовлетворения требований специфической для приложения конструкции различных реализаций, как будет ясно специалисту обычной квалификации в данной области техники.

(Затемняемым) выпрямленным напряжением Urect является переменный ток, связанный с контактом 218 цифрового ввода микроконтроллера 215. Первый резистор R211 и второй резистор R212 ограничивают этот ток в контакт 218 цифрового ввода. Когда форма волны сигнала выпрямленного напряжения Urect идет вверх, первый конденсатор С213 заряжается на фронте через первый и второй резисторы R211 и R212. Верхний диод D211 внутри микроконтроллера 215 фиксирует падение напряжения на одном диоде контакта 218 цифрового ввода выше Vcc, например. На срезе формы волны сигнала выпрямленного напряжения Urect, первый конденсатор С213 разряжается, и контакт 218 цифрового ввода фиксируется на падение напряжения на одном диоде ниже заземления посредством нижнего диода D212. Соответственно, результирующий цифровой импульс логического уровня в контакте 218 цифрового ввода микроконтроллера 215 точно следует движению обрезанного выпрямленного напряжения Urect, примеры которого показаны на фиг.5А-5С.

Более конкретно, фиг.5А-5С показывают эталонные формы волн и соответствующие цифровые импульсы в контакте 218 цифрового ввода, согласно репрезентативным вариантам осуществления. Верхние формы волн на каждой фигуре изображают обрезанное выпрямленное напряжение Urect, где величина обрезания отражает уровень затемнения. Например, эти формы волн могут изображать некоторую часть полного максимума в 170 В (или 340 В для Е.U.), выпрямленную гармоническую волну, которая появляется на выходе регулятора света. Нижние формы волн с огибающей в форме последовательности прямоугольных импульсов изображают соответствующие цифровые импульсы, видимые на контакте 218 цифрового ввода микроконтроллера 215. Заметно, что длина каждого цифрового импульса соответствует обрезанной форме волны и, таким образом, равна величине времени, когда внутренний переключатель регулятора света «включен». Посредством приема цифровых импульсов через контакт 218 цифрового ввода, микроконтроллер 215 способен определять уровень, на который был установлен регулятор света.

Фиг.5А показывает эталонные формы волн выпрямленного напряжения Urect и соответствующие цифровые импульсы, когда регулятор света имеет свое самое высокое установленное значение, указанное посредством верхнего положения ползунка регулятора света, показанного рядом с формами волн. Фиг.5В показывает эталонные формы волн выпрямленного напряжения Urect и соответствующие цифровые импульсы, когда регулятор света имеет среднее установленное значение, указанное посредством среднего положения ползунка регулятора света, показанного рядом с формами волн. Фиг.5С показывает эталонные формы волн выпрямленного напряжения Urect и соответствующие цифровые импульсы, когда регулятор света имеет свое самое низкое установленное значение, указанное посредством нижнего положения ползунка регулятора света, показанного рядом с формами волн.

Фиг.6 является блок-схемой, показывающей процесс детектирования фазы регулятора света, согласно некоторому репрезентативному варианту осуществления. Этот процесс может быть реализован посредством программно-аппаратных средств и/или программного обеспечения, выполняемого посредством микроконтроллера 215, показанного на фиг.2, например, или, более общим образом, посредством детектора 110 фазы регулятора света, показанного на фиг.1.

В блоке S621 фиг.6, детектируется фронт цифрового импульса входного сигнала (например, указанный фронтами нижних форм волн на фиг.5А-5С), и выборка (дискретизация) в контакте 2188 цифрового ввода микроконтроллера 215, например, начинается в блоке S622. В изображенном варианте осуществления, этот сигнал дискретизируется цифровым образом для заданного времени, равного в точности времени, меньшему, чем полуцикл главных цепей. Каждый раз, когда этот сигнал дискретизируется, в блоке S623 определяется, имеет ли эта выборка высокий уровень (например, цифровую «1») или низкий уровень (например, цифровой «0»). В изображенном варианте осуществления, в блоке S623 осуществляется сравнение для определения того, является ли выборка цифровой «1». Когда эта выборка является цифровой «1» (блок S623: Да), счетчик получает приращение в блоке S624, а когда эта выборка не является цифровой «1» (блок S623: Нет), малая задержка вводится в блоке S625. Эта задержка вводится таким образом, что число циклов синхронизации (например, микроконтроллера 215) является равным независимо от того, определена ли эта выборка цифровой «1» или цифровым «0».

В блоке S626, определяется, был ли дискретизирован весь полуцикл главных цепей. Когда полуцикл главных цепей не является полным (блок S626: Нет), этот процесс возвращается к блоку S622 для повторной выборки этого сигнала в контакте 2188 цифрового ввода. Когда полуцикл главных цепей является полным (блок S626: Да), выборка останавливается, и значение счетчика (накопленное в блоке S624) идентифицируется как текущая фаза регулятора света или уровень затемнения, который сохраняется, например, в памяти, примеры которой обсуждаются выше. Этот счетчик сбрасывается на нуль, и микроконтроллер 215 ожидает следующего фронта для повторного начала выборки.

Например, можно предположить, что микроконтроллер 215 берет 255 выборок во время полуцикла главных цепей. Когда уровень регулятора света установлен на верхнее значение своего диапазона (например, как показано на фиг.5А), этот счетчик получит приращение до около 255 в блоке S624 фиг.6. Когда уровень регулятора света установлен на нижнее значение своего диапазона (например, как показано на фиг.5С), этот счетчик получит приращение до около 10 или 20 в блоке S624. Когда уровень регулятора света установлен где-то в середине своего диапазона (например, как показано на фиг.5В), этот счетчик получит приращение до около 128 в блоке S624. Значение счетчика, таким образом, обеспечивает количественное значение для того, чтобы микроконтроллер 215 имел точное указание уровня, на который был установлен регулятора света, или фазы регулятора света. В различных вариантах осуществления, фаза регулятора света может быть вычислена, например, посредством микроконтроллера 215, с использованием заданной функции значения счетчика, где эта функция может изменяться для обеспечения уникальных выгод для какой-либо конкретной ситуации или удовлетворения требований специфической для приложения конструкции различных реализаций, как будет ясно специалисту обычной квалификации в данной области техники.

Соответственно, фаза регулятора света может быть электронным образом детектирована, с использованием минимальных пассивных компонентов и структуры цифрового ввода микроконтроллера (или другого процессора или схемы обработки). В некотором варианте осуществления, детектирование фазы выполняется с использованием схемы связи переменного тока, фиксируемой диодом микроконтроллера структуры цифрового ввода и некоторого алгоритма (например, реализуемого посредством программно-аппаратных средств, программного обеспечения и/или аппаратного обеспечения), выполняемого для определения уровня установленного значения регулятора света. Кроме того, состояние регулятора света может быть измерено при помощи минимального подсчета компонентов и использования преимущества структуры цифрового ввода микроконтроллера.

Кроме того, система управления затемнением, включающая в себя схему детектирования фазы регулятора света и схему стабилизации, и связанный алгоритм (алгоритмы) могут использоваться в различных ситуациях, где желательно управлять затемнением при низких фазах регулятора света с обрезанием фазы, при которых затемнение в ином случае остановилось бы в стандартных системах. Система управления затемнением увеличивает диапазон затемнения и может использоваться с электронным трансформатором с LED нагрузкой, которая подключается к регулятору света с обрезанием фазы, особенно в ситуациях, где требуется, чтобы уровень затемнения низшего класса был меньшим, чем около пяти процентов от максимального светового выхода, например.

Система управления затемнением, согласно различным вариантам осуществления, может быть реализована в различных продуктах освещения, доступных от Philips Color Kinetics (Burlington, MA), включающих в себя eW Blast PowerCore, eW Burst PowerCore, eW Cove MX PowerCore, eW PAR 38 и т.п. Далее, она может использоваться как строительный блок «интеллектуальных» усовершенствований для различных продуктов для более дружественного затемнения.

В различных вариантах осуществления, функциональность детектора 110 фазы регулятора света, схемы 210 детектирования фазы регулятора света или микропроцессора 215 может быть реализована посредством одной или нескольких схем обработки, построенных из любой комбинации архитектур аппаратного обеспечения, программно-аппаратных средств или программного обеспечения, и может включать в себя свою собственную память (например, энергонезависимую память) для хранения исполняемого кода программного обеспечения/программно-аппаратных средств, который позволяет выполнять эти различные функции. Например, соответствующая функциональность может быть реализована с использованием ASIC, FPGA и т.п.

Также, в различных вариантах осуществления, рабочее положение инвертора 220 не изменяется, например, посредством микроконтроллера 215, для того, чтобы воздействовать на уровень света, выдаваемый LED нагрузкой 230. В результате, минимальный уровень выходного света изменяется из-за отклонения энергии и тока к схеме 240 стабилизации, а не в результате снижения в величине энергии, управляемой инвертором 220. Это является полезным, так как любое требование минимальной нагрузки регулятора света с обрезанием фазы может не удовлетворяться, если энергия, которой управляет инвертор 220, становится слишком низкой. В различных вариантах осуществления, переключение в пути стабилизации может быть скомбинировано со снижением рабочего положения инвертора 220, не выходя за рамки объема данных доктрин.

Специалистам в данной области техники будет ясно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, предназначены быть примерными, и что действительные параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного приложения или приложений, для которых используется/используются данные изобретательские доктрины. Специалисты в данной области техники распознают, или будут способны установить с использованием не более чем рутинного экспериментирования, много эквивалентов для конкретных изобретательских вариантов осуществления, описанных здесь. Следовательно, следует понимать, что вышеизложенные варианты осуществления представлены только посредством примера, и что, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, изобретательские варианты осуществления могут практиковаться иным образом, чем как это конкретно описано и заявлено. Изобретательские варианты осуществления данного описания направлены на каждую индивидуальную особенность, систему, изделие, материал, комплект и/или способ, описанный здесь. Кроме того, любая комбинация двух или нескольких таких особенностей, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие особенности, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включается в пределы изобретательского объема данного описания.

Все определения, как заданы и используются здесь, должны пониматься для управления над словарными определениями, определениями в документах, включенными посредством ссылки, и/или обычными значениями заданных терминов.

Неопределенные артикли «некоторый» и «один», как используются здесь в этой спецификации и в формуле изобретения, если явно не указано противоположное, следует понимать как «по меньшей мере один».

Фразу «и/или», как используется здесь в этой спецификации и в формуле изобретения, следует понимать как «любой или оба» из элементов, таким образом соединенных вместе, т.е. элементов, которые конъюнктивно присутствуют в некоторых случаях и дизъюнктивно присутствуют в других случаях. Множественные элементы, перечисленные с «и/или» должны толковаться таким же образом, т.е. «один или несколько» из элементов, таким образом соединенных вместе. По выбору могут присутствовать другие элементы, отличные от элементов, конкретно идентифицированных посредством высказывания «и/или», связанные или несвязанные с этими конкретно идентифицированными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, ссылка на «А и/или В», при использовании в сопряжении с языком с открытым концом, таким как «содержащий», может относиться, в одном варианте осуществления, только к А (возможно, включая элементы, отличные от В); в другом варианте осуществления, только к В (возможно, включая элементы, отличные от А); в еще одном варианте осуществления, как к А, так и к В (возможно, включая другие элементы); и т.д.

Как используется здесь в этой спецификации и в формуле изобретения, фразу «по меньшей мере один», в ссылке на список из одного или нескольких элементов, следует понимать как по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или нескольких элементов в этом списке элементов, но необязательно включая по меньшей мере один из каждого элемента, конкретно перечисленного в пределах этого списка элементов, и не исключая любую комбинацию элементов в этом списке элементов. Это определение также допускает, что по выбору могут присутствовать элементы, отличные от элементов, конкретно идентифицированных в пределах списка элементов, к которому относится фраза «по меньшей мере один», связанные или несвязанные с этими конкретно идентифицированными элементами.

Ссылочные позиции, если таковые имеются, обеспечены в формуле изобретения просто для удобства и не должны толковаться как ограничивающие каким-либо образом.

В формуле изобретения, а также в вышеприведенной спецификации, все переходные фразы, такие как «предусматривающий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «содержащий», «охватывающий», «составленный из» и т.п. должны пониматься как фразы с открытым концом, т.е. означать «включающий в себя, но не ограниченный этим». Только традиционные фразы «состоящий из» и «состоящий по существу из» будут замкнутыми или полузамкнутыми традиционными фразами, соответственно.

Устройство для управления уровнями света, выдаваемого твердотельной нагрузкой освещения при низких уровнях затемнения, включает в себя схему стабилизации, подключенную параллельно к твердотельной нагрузке освещения. Эта схема стабилизации включает в себя резистор и транзистор, подключенные последовательно, причем этот транзистор выполнен с возможностью включения и выключения в соответствии с рабочим циклом цифрового управляющего сигнала, когда уровень затемнения, установленный регулятором света, является меньшим, чем заданный первый порог, что уменьшает эффективное сопротивление схемы стабилизации с уменьшением уровня затемнения. Технический результат - уменьшение светового выхода посредством твердотельной нагрузки освещения, когда фаза или уровень затемнения регулятора установлен на низкое установленное значение. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство (100, 200) для управления уровнями света, выдаваемого твердотельной нагрузкой (130, 230) освещения при низких уровнях затемнения, причем это устройство содержит:
схему (140, 240) стабилизации, подключенную параллельно к твердотельной нагрузке (130, 230) освещения, причем эта схема стабилизации содержит резистор (141, R241) и транзистор (145, 245), подключенные последовательно, причем этот транзистор выполнен с возможностью включения и выключения в соответствии с рабочим циклом цифрового управляющего сигнала, когда уровень затемнения, установленный регулятором (104) света, является меньшим, чем заданный первый порог, что уменьшает эффективное сопротивление схемы стабилизации с уменьшением уровня затемнения.

2. Устройство по п.1, в котором рабочий цикл цифрового управляющего сигнала равен нулю процентов, когда уровень затемнения, установленный регулятором света, является большим, чем заданный первый порог, что удерживает этот транзистор постоянно включенным таким образом, что эффективное сопротивление схемы стабилизации является бесконечным.

3. Устройство по п.2, в котором рабочий цикл цифрового управляющего сигнала равен 100 процентам, когда уровень затемнения, установленный регулятором света, находится при заданном втором пороге, который является меньшим, чем заданный первый порог, что удерживает этот транзистор постоянно включенным таким образом, что эффективное сопротивление схемы стабилизации по существу равно сопротивлению резистора в схеме стабилизации.

4. Устройство по п.3, в котором ток стабилизации через схему стабилизации находится при максимальном значении, а ток нагрузки через твердотельную нагрузку освещения находится при минимальном значении, когда рабочий цикл цифрового управляющего сигнала равен 100 процентам.

5. Устройство по п.3, в котором рабочий цикл цифрового управляющего сигнала устанавливается при вычисленном процентном отношении между нулем процентов и 100 процентами, когда уровень затемнения, установленный регулятором света, находится между заданным первым порогом и заданным вторым порогом таким образом, что эффективное сопротивление схемы стабилизации уменьшается с уменьшением уровня затемнения.

6. Устройство по п.5, в котором вычисленное процентное отношение определяется в соответствии с заданной функцией по меньшей мере частично на основе уровня затемнения, установленного регулятором света.

7. Устройство по п.6, в котором заданной функцией является линейная функция, обеспечивающая увеличивающееся вычисляемое процентное отношение, соответствующее уменьшающимся уровням затемнения.

8. Устройство по п.6, в котором заданной функцией является нелинейная функция, обеспечивающая увеличивающееся вычисляемое процентное отношение, соответствующее уменьшающимся уровням затемнения.

9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:
схему (110, 210) детектирования, выполненную с возможностью детектирования уровня затемнения, установленного регулятором света, для определения рабочего цикла цифрового управляющего сигнала на основе детектированного уровня затемнения и для выдачи цифрового управляющего сигнала при этом рабочем цикле к транзистору в схеме стабилизации.

10. Устройство по п.9, в котором схема детектирования содержит:
микроконтроллер, содержащий цифровой ввод и по меньшей мере один диод, фиксирующий этот цифровой ввод для источника напряжения;
первый конденсатор, подключенный между цифровым вводом микроконтроллера и узлом детектирования;
второй конденсатор, подключенный между узлом детектирования и заземлением; и
по меньшей мере один резистор, подключенный между узлом детектирования и узлом выпрямленного напряжения, принимающим выпрямленное напряжение от регулятора света, при этом этот микроконтроллер выполняет алгоритм, содержащий выборку цифровых импульсов, принятых в цифровом вводе, соответствующих формам волн выпрямленного напряжения в узле выпрямленного напряжения, и определение длин дискретизированных цифровых импульсов для идентификации уровня затемнения регулятора света.

11. Устройство по п.10, в котором микроконтроллер дополнительно содержит выход (219) широтно-импульсной модуляции (PWM) для выдачи цифрового управляющего сигнала.

12. Устройство по п.11, в котором твердотельная нагрузка освещения содержит цепочку LED (231, 232), подключенных последовательно.

13. Устройство по п.9, дополнительно содержащее:
инвертор (120, 220) без обратной связи, выполненный с возможностью приема выпрямленного напряжения от регулятора света и обеспечения выходного напряжения, соответствующего выпрямленному напряжению, для твердотельной нагрузки освещения.

14. Способ для управления уровнем света, выдаваемого твердотельной нагрузкой (130, 230) освещения, управляемой посредством регулятора (104) света, причем эта твердотельная нагрузка освещения подключена параллельно к схеме (140, 240) стабилизации, причем этот способ предусматривает:
детектирование фазы регулятора света;
определение рабочего цикла в процентном отношении цифрового управляющего сигнала на основе детектированной фазы; и
управление переключателем (145, 245) в параллельной схеме стабилизации с использованием цифрового управляющего сигнала, причем этот переключатель размыкается и замыкается в качестве реакции на рабочий цикл в процентном отношении цифрового управляющего сигнала для настройки сопротивления (141, R241) параллельной схемы стабилизации, причем сопротивление параллельной схемы стабилизации обратно пропорционально рабочему циклу в процентном отношении цифрового управляющего сигнала,
при этом определение рабочего цикла в процентном отношении содержит:
определение того, что рабочий цикл в процентном отношении равен нулю процентов, когда детектированная фаза превышает заданный низкий порог затемнения; и
вычисление рабочего цикла в процентном отношении в соответствии с заданной функцией, когда детектированная фаза находится ниже заданного низкого порога затемнения, причем эта заданная функция увеличивает рабочий цикл в процентном отношении в ответ на уменьшения в детектированной фазе.

15. Способ по п.14, в котором определение рабочего цикла в процентном отношении дополнительно содержит:
определение того, что рабочий цикл в процентном отношении равен 100 процентам, когда детектированная фаза находится ниже другого заданного порога затемнения, меньшего, чем заданный низкий порог затемнения, причем этот 100-процентный рабочий цикл вызывает сохранение замыкания переключателя, что вызывает то, что сопротивление параллельной схемы стабилизации имеет минимальное значение.