СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ СВЕТОДИОДА, ИМЕЮЩАЯ ПОВЫШЕННУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Российский патент 2016 года по МПК H05B37/02 H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к повышению коэффициента полезного действия (КПД) схемы включения светоизлучающего диода (СИД), используемого для освещения с постоянным током на стороне нагрузки схемы включения СИД.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обычные лампы накаливания, используемые в домах, офисах или заводах, имеют высокое энергопотребление, высокую степень рассеивания тепла и короткий срок службы. Люминесцентная лампа, в которой устранены некоторые недостатки лампы накаливания, имеет меньшее энергопотребление, но все такой же короткий срок службы. Поэтому в наши дни широко используются осветительные приборы на основе светоизлучающих диодов (СИД), которые используют СИД с низким энергопотреблением и имеют значительно больший срок службы, чем широко используемые лампы накаливания.

Кроме того, поскольку яркость СИД равномерна только, когда через светодиодную нагрузку течет постоянный ток, важно, чтобы через схему включения СИД также тек постоянный ток.

Тем не менее, в существующем уровне техники, в основном, используется способ с применением источника импульсного электропитания (ИИЭ), как показано на фиг. 1. Способ с ИИЭ представляет собой способ, при котором ток с источника 10 переменного тока выпрямляют при помощи выпрямителя 11 тока, например, мостовой схемы, а потом сглаживают посредством конденсатора С, после прохождения через ИИЭ 12 и подают на светодиодную нагрузку 14, где силу постоянного тока регулируют в зависимости от желаемой яркости потока путем регулировки продолжительности включения, при которой ток нагрузки определяется напряжением, подаваемым на резистор Rs, причем напряжение, подаваемое на резистор Rs, подают на широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 13, и переключатель ПК включают/выключают.

Однако, поскольку схема включения СИД со способом ИИЭ требует ИИЭ 12 со сложной конфигурацией и ШИМ 13, которые необходимо установить в светодиодное осветительное устройство маленького размера, например, светодиодную лампу, возникают сложности с установкой этих схем в узком пространстве светодиодной лампы. В частности, эти схемы работают с использованием импульсного способа. Таким образом, генерируется много гармонических волн, и дополнительно требуется устройство для подавления излучения электромагнитных волн, исходящих от гармонических волн. Конечно, схема включения СИД, использующая способ ИИЭ с фиг. 1, может повысить напряжение при помощи индуктора L и, таким образом, запитать больше светодиодов. Ток на входе схемы включения СИД следует за входным напряжением пилообразно, что увеличивает продолжительность протекания входного тока и повышает коэффициент мощности.

Между тем, в другом известном уровне техники, рассматривающем проблемы подключения светодиода с использованием способа ИИЭ, показана схема включения СИД, использующая способ цепи постоянного тока, в результате чего постоянный ток поступает на светодиодную нагрузку 22 путем подключения цепи 23 постоянного тока, использующей способ аналоговой цепи, как показано на фиг. 2. Поскольку цепь 21 постоянного тока, построенная по этому способу, использует простою аналоговую цепь, показанную на фиг. 3 (на фиг. 3 используется транзистор, но также может быть использован операционный усилитель (ОУ)), конфигурация схемы проста, и использование цепи 23 постоянного тока, использующей способ аналоговой цепи, означает, что проблема генерации электромагнитных волн в результате гармонических волн устранена.

Тем не менее, схема включения СИД, использующая способ цепи постоянного тока с фиг. 2, не подходит для осветительных устройств общего назначения из-за мерцания, которое происходит в схеме включения СИД.

Для решения проблемы мерцания в схеме включения СИД с фиг. 2, на схеме включения СИД, использующей способ цепи постоянного тока, согласно другому известному уровню техники, мерцание удаляют добавлением конденсатора С, как показано на фиг. 4.

Вместе с тем, например, в схеме включения СИД, использующей способ цепи постоянного тока с фиг. 2, если входное напряжение (Vвх) источника 20 переменного тока составляет 220 В (пиковое значение - приблизительно 310 В), а напряжение нагрузки (выходное напряжение) Vвых, подающееся на светодиодную нагрузку 22, когда светодиодная нагрузка 22 включена, составляет 235 В. Входное напряжение Vвх и входной ток Iвх имеют формы волны на фиг. 5. Здесь выходной ток I_вых равен входному току I_вх, поскольку схема одноконтурная.

Таким образом, если напряжение, подающееся на источник 23 постоянного тока при включении светодиодной нагрузки 22 составляет 5 В, светодиодная нагрузка 22 включается на участке, в котором напряжение V_BX больше или равно 240 В (235 В+5 В), и в этом случае, выходной ток I_вых нагрузки, представляющий собой постоянный ток, определяемый источником 23 постоянного тока, подается на светодиодную нагрузку 22.

Однако в целом КПД определяется выходной мощностью Р_вых на выходной клемме=[выходной ток I_вых * выходное напряжение V_вых] в отношении к входной мощности Р_вх на входной клемме = [входной ток I_вх*входное напряжение V_вх]. Поскольку схема включения на фиг. 2 представляет собой одноконтурную схему, выходной ток I_вых и входной ток I_вх; которые проходят через нагрузку 22, являются постоянными токами, и выходной ток I_вых=входной ток I_вх.

В этом случае выходное напряжение V_вых, подающееся на светодиодную нагрузку 22, является постоянным 235 В, а колебания входного напряжения показаны кривой на фиг. 5. Таким образом, если КПД вычисляется с использованием способа округлений при рассмотрении фиг. 5, он составляет около 86%, как показано в следующем уравнении. То есть, только 86% от подающегося питания используется для излучения света светодиодной нагрузкой 22, а потери питания составляют 14%.

КПД=[(I_вых)*(235+235+235+235)/[(I_вх)*(240+260+280+310)]=940/1090=86,2%

Хотя КПД около 86% является высоким показателем среди осветительных устройств, в энергосберегающих осветительных устройствах на основе СИД существует необходимость в устройствах подключения СИД с более высоким КПД.

Тем не менее, как правило, очень сложно повысить КПД до 90%>или более, от достаточно высокого КПД в 86%.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

Настоящее изобретение представляет собой схему включения светоизлучающего диода (СИД), с использованием нового способа постоянного тока, обеспечивающем дополнительное повышение КПД по сравнению со схемой включения СИД, использующей способ постоянного тока из известного уровня техники.

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, предложена схема включения светоизлучающего диода (СИД) с функцией повышения КПД, при этом схема включения СИД соединена с источником переменного тока, причем схема включения СИД включает в себя: выпрямительную цепь, выпрямляющую ток от источника переменного тока; цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи; светодиодную нагрузку и цепь постоянного тока, которые последовательно подключены к выходу цепи управления; конденсатор, параллельно подключенный к светодиодной нагрузке и цепи постоянного тока, которые последовательно соединены друг с другом; при этом конденсатор сглаживает выходной сигнал выпрямительной цепи; детекторную цепь для распознавания превышает ли напряжение выпрямленного тока заданное определенное значение напряжения, которое больше или равно сумме напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку, когда светодиодная нагрузка включена, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока в момент включения светодиодной нагрузки, в которой, если в результате работы детекторная цепь распознает, что значение напряжения выпрямленного тока не превышает это определенное значение напряжения, цепь управления пропускает выходной сигнал выпрямительной цепи, если же значение напряжения выпрямленного тока превышает это определенное значение напряжения, то цепь управления производит управление таким образом, что периодически выполняются первая операция блокировки выходного сигнала выпрямительной цепи и вторая операция пропускания выходного сигнал выпрямительной цепи.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложена схема включения светоизлучающего диода (СИД) с функцией повышения КПД, при этом схема включения СИД соединена с источником переменного тока, причем схема включения СИД содержит выпрямительную цепь, выпрямляющую ток от источника переменного тока; цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи; светодиодную нагрузку и цепь постоянного тока, которые последовательно подключены к выходу цепи управления; цепь ограничения тока, которая подключена к выходу выпрямительной цепи и управляет прохождением только того тока, который равен или меньше заданного значения тока; конденсатор, подключенный параллельно к светодиодной нагрузке и цепи постоянного тока, которые последовательно подключены друг к другу; при этом конденсатор сглаживает выходной сигнал выпрямительной цепи; детекторную цепь для распознавания превышает ли напряжение выпрямленного тока заданное определенное значение, которое больше или равно суммы напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку при включенной светодиодной нагрузке, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока, в момент включения светодиодной нагрузки, в которой, если детекторная цепь распознает, что значение напряжения выпрямленного тока не превышает это определенное значение напряжения, цепь управления пропускает только тот ток, который равен или меньше заданного значения тока цепи ограничения тока, если же напряжение выпрямленного тока превышает это определенное значение напряжения, то цепь управления производит управление таким образом, что периодически выполняются первая операция блокировки выхода цепи ограничения тока, а затем вторая операция пропускания только тока, равного и меньшего заданного значения тока цепи ограничения тока.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложена схема включения светоизлучающего диода (СИД) с функцией повышения КПД, при этом схема включения СИД соединена с источником переменного тока, причем схема включения СИД включает в себя: выпрямительную цепь, выпрямляющую ток от источника переменного тока; цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи; светодиодную нагрузку и цепь постоянного тока, которые последовательно подключены к выходу цепи управления; конденсатор, параллельно подключенный к светодиодной нагрузке и цепи постоянного тока, которые последовательно подключены друг к другу, при этом конденсатор сглаживает выходной сигнал выпрямительной цепи; детекторную цепь для распознавания превышает ли напряжение выпрямленного тока заданное определенное значение, которое больше или равно сумме напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку, когда светодиодная нагрузка включена, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока в момент включения светодиодной нагрузки, в которой детекторная цепь передает в цепь управления управляющие сигналы в соответствии со степенью превышения этого определенного значения напряжения, цепь управления включает в себя множество секций ограничения тока, и если детекторная цепь распознает, что напряжение выпрямленного тока не превышает это определенное значение напряжения, цепь управления действует так, что все секции ограничения тока пропускают выходной сигнал выпрямительной цепи, если же напряжение выпрямленного тока превышает это определенное значение напряжения, цепь управления действует таким образом, что с помощью операции переключения несколько секций ограничения тока в соответствии с управляющими сигналами, в соответствии со степенью превышения этого определенного значения напряжения блокируют выходной сигнал выпрямительной цепи.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует схему включения СИД, использующую импульсный источник электропитания (ИИЭ), в соответствии с известным уровнем техники;

Фиг. 2 иллюстрирует схему включения СИД, использующую цепь постоянного тока, в соответствии с известным уровнем техники;

Фиг. 3 иллюстрирует вариант осуществления цепи постоянного тока, используемой в известном уровне техники;

Фиг. 4 иллюстрирует схему включения СИД, использующую конденсатор для ослабления мерцания, генерируемого в известном техническом решении на фиг. 2, в соответствии с другим известным решением.

Фиг. 5 представляет собой диаграмму, показывающую кривую входного напряжения и входного тока для фиг. 2, описывающей известный уровень техники;

Фиг. 6 представляет собой диаграмму, показывающую формы сигналов входного напряжения и входного тока, используемые в настоящем изобретении.

Фиг. 7 представляет собой диаграмму, показывающую М-образную кривую сигнала входного тока для простого вычисления КПД в соответствии с принципом настоящего изобретения;

Фиг. 8 представляет собой диаграмму, изображающую кривую продолжительности включения входного тока для достижения повышения КПД в соответствии с принципом настоящего изобретения;

Фиг. 9 иллюстрирует первый вариант осуществления настоящего изобретения, в котором принцип настоящего изобретения применен к схеме на фиг. 4, описывающей известный уровень техники;

Фиг. 10 иллюстрирует второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором принцип настоящего изобретения применен к схеме на фиг. 4, описывающей известный уровень техники;

Фиг. 11 иллюстрирует третий вариант осуществления настоящего изобретения, в котором усовершенствована схема включения, показанная на фиг. 9;

Фиг. 12 представляет собой диаграмму, изображающую кривую сигнала фактического входного тока, возникающего в схеме включения СИД, показанной на фиг. 9;

Фиг. 13 представляет собой график для сравнения сигнала входного тока схемы включения СИД, показанной на фиг. 9 с сигналом входного тока схемы включения СИД, показанной на фиг. 11;

Фиг. 14 иллюстрирует схематическую конфигурацию четвертого варианта осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 15 и 16 проиллюстрируют подробности к конфигурации, показанной на фиг. 14.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Здесь и далее настоящее изобретение будет описано более подробно с объяснением примеров осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Прежде всего, будет описан принцип, благодаря которому повышен КПД, согласно настоящему изобретению.

Кривые входного напряжения и входного тока схемы включения с фиг. 2, представляющей собой часть уровня техники, отображены на диаграмме на фиг. 5. Схематическое значение КПД схемы включения с фиг. 2 отображено в виде кривой входного тока на фиг. 6 (непрерывная М-образная кривая) и будет описано ниже. В этом случае, как описано выше, входной ток I_вх=выходной ток I_вых.

Для того чтобы просто посчитать повышение КПД за счет входного тока I_вх и выходного тока I_вых, показанных на фиг. 6, М-образные кривые входящего и выходящего тока с фиг. 6 упрощены до вида ступенчатых М-образных кривых, показанных на фиг. 7.

КПД, соответствующий кривым входного тока I_вх, и выходного тока I_вых на фиг. 7, рассчитан ниже на основе способа расчета КПД схемы включения на фиг. 2:

КПД=(10*235+7*235+4*235+1*235)/(10*240+7*260+4*280+1*310)=5170/5650=91,5%

В результате, по сравнению со случаем, когда входной ток и ток на выходе являются постоянными и равными 10 мА в схеме включения с фиг. 2, если ток на выходе схемы включения представляет собой М-образную кривую (кривую, на которой, когда включается светодиодная нагрузка и входное напряжение увеличивается, входной ток постепенно уменьшается, а затем, когда входное напряжение проходит свой пик, входной ток снова увеличивается), как показано на фиг. 6 и фиг. 7, может быть получено повышение КПД приблизительно на 5%.

То есть, если выходной ток (входной ток) увеличивается или уменьшается в направлении, противоположном направлению, в котором увеличивается или уменьшается входное напряжение, в соответствии с входным напряжением, при котором включается светодиодная нагрузка, достигается эффект повышения КПД.

Однако, когда кривые входного тока и выходного тока ступенчатой М-образной кривой, показанной на фиг. 7, могут содержать множество импульсов на каждом участке, вместо постоянных токов (10 мА, 7 мА, 4 мА, и 1 мА) на каждом участке тока (участок 10 мА, участок 7 мА, участок 4 мА и участок 1 мА), получаются результаты, идентичные продолжительностям включения (определяемым как соотношение время в состоянии включения/время в состоянии выключения) - 100%, 70%, 40% и 10%, как показано на фиг. 8.

То есть, даже когда продолжительности включения входного тока и выходного тока при входном напряжении, в котором светодиодная нагрузка включена, имеют кривую М-образной формы, достигается эффект вышеописанного повышения КПД.

В результате, если схема включения СИД, использующая технологию с применением цепи постоянного тока на фиг. 2, известный из уровня техники, управляется таким образом, что входной ток, который находится в обратной пропорции к изменению входного напряжения, протекает на участке входного напряжения, в котором включена светодиодная нагрузка, достигается эффект значительного повышения КПД.

В М-образной кривой, показанной на фиг.6, повышение КПД замедляется, когда участок постоянного входного тока (участок В) увеличивается. Тем не менее, более хороший КПД, чем у схемы включения светодиода, использующей способ постоянного тока с фиг. 2, может быть получен.

Кроме того, на М-образной кривой на фиг. 6, когда наклон уменьшения входного тока становится крутым, в связи с увеличением входного напряжения на участке С, повышение КПД возрастает.

М-образная кривая входного тока для достижения эффекта повышения КПД для схемы включения СИД на фиг. 2 была описана выше.

Однако при добавлении конденсатора С, как показано на фиг. 4, входной ток не будет равен выходному току за счет зарядки / разрядки конденсатора С.

Даже при наличии конденсатора С, с учетом цепи постоянного тока 33, ток, подающийся на светодиодную нагрузку 32, является постоянным током, как и напряжение, подающееся на нагрузку.

В результате выходная мощность почти постоянна, независимо от того, когда входной ток является постоянным, как показано на фиг. 5, или, когда входной ток представляет собой М-образную кривую, как показано на фиг. 6.

Таким образом, в схеме включения СИД на фиг. 4 можно рассчитать КПД при помощи изменения входной мощности, как и в схеме включения СИД на фиг. 2. Таким образом, нижеследующее описание будет основываться на предположении, согласно которому выходной ток не меняется в зависимости от конденсатора.

Теперь будет описан со ссылкой на фиг. 9 первый вариант осуществления настоящего изобретения, в котором схемой включения СИД, использующей технологию с применением цепи постоянного тока на фиг. 4, управляют, чтобы выходной ток имел М-образную форму продолжительности включения, показанную на фиг. 8.

Как показано на фиг. 9, в схеме включения СИД в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, если предполагается, что входной источник переменного тока является источником питания напряжением 220 В, а напряжение, подающееся на светодиодную нагрузку 42, когда светодиодная нагрузка 42 включается, то есть напряжение на клеммах светодиодной нагрузки 42, составляет 235 В, как описано выше, при этом напряжение, подающееся на источник 43 постоянного тока, в то время, когда светодиодная СИД включается при входном напряжении Vвх в 240 В или более.

Стабилитрон Dz, имеющий большее напряжение Vz пробоя, чем напряжение в 5 В, подаваемое на источник 43 постоянного тока при включении светодиодной нагрузки 42, установлен в детекторной цепи 44. Например, предполагается, что напряжение Vz пробоя = 15 В.

Поскольку светодиодная нагрузка 42 выключена, до того как входное напряжение Vвх достигнет 235 В+5 В=240 В (участок А, фиг. 6), напряжение, меньшее, чем напряжение Vz пробоя, подается на стабилитрон Dz и резистор R4 детекторной цепи 44, и стабилитрон Dz блокируется, а на базу транзистора TR3 подается 0 В, чтобы транзистор TR3 выключился.

Затем, поскольку напряжение, в котором выходное напряжение выпрямительной цепи 41 делится на резисторе R2 и резисторе R3, подается на базу транзистора TR2, транзистор TR2 включается, и ток протекает через базу PNP-транзистора TR1, после чего транзистор TR1 находится во включенном состоянии, то есть в открытом состоянии.

Однако, поскольку входное напряжение Vвх меньше, чем 240 В, в это время светодиодная нагрузка 42 еще не включена и ток не проходит, как показано на участке А фиг. 6.

Далее, поскольку на участке, в котором входное напряжение Vвх находится между 240 В и 250 В (участок В на фиг. 6), напряжение, меньшее, чем напряжение Vz пробоя, составляющее 15 В, по-прежнему подается на стабилитрон Dz и резистор R4, транзистор TR1 находится во включенном состоянии, а входное напряжение Vвх превышает 240 В, являясь суммой напряжения включения светодиодной нагрузки 42 в 235 В и напряжения в 5 В, которое подается на цепь 43 постоянного тока при включении светодиодной нагрузки 42. Таким образом, светодиодная нагрузка 42 включена, постоянный ток протекает как на участке В на фиг. 6, и в конденсаторе С накапливается заряд.

Далее, если входное напряжение Vвх превышает 250 В (участок С на фиг. 6), а напряжение 15 В или более начинает подаваться на цепь 43 постоянного тока, то напряжение, которое подается на цепь 43 постоянного тока и превышает 15 В, является напряжением Vz пробоя стабилитрона Dz. Напряжение, соответствующее напряжению Vz пробоя в 15 В, подается на стабилитрон Dz, другое напряжение подается на резистор R4, а транзистор TR3 находится во включенном состоянии.

Затем низкое напряжение подается на базу транзистора TR2. Таким образом, транзистор TR2 находится в выключенном состоянии, ток не протекает через базу транзистора TR1, и транзистор TR1 также находится в выключенном состоянии.

После чего заряд, накопленный в конденсаторе С, освобождается и начинает подаваться на светодиодную нагрузку 23.

Далее, если напряжение на цепи 43 постоянного тока понижается за счет освобождения заряда, накопленного в конденсаторе С, транзистор TR1 включается, и заряд вновь накапливаются в конденсаторе С, а напряжение 15 В или более, которое является напряжением Vz пробоя, снова подается на цепь 43 постоянного тока.

Затем процесс, при котором транзистор TR1 блокируется, а заряд, накопленный в конденсаторе С, освобождается и подается на светодиодную нагрузку 42, начинается заново.

В результате в схеме включения СИД на фиг. 9, если входное напряжение Vвх превышает 250 В, то транзистор TR1 периодически включается/выключается. Это явление повтора включения / выключения может рассматриваться как колебания.

В этом случае, в то время как входное напряжения Vвх повышается, зарядка конденсатора С проходит быстрее (и время действия транзистора TR1 уменьшается), а напряжение, пока конденсатор С заряжается, становится выше.

Поскольку напряжение во время зарядки конденсатора С становится выше, то время (время, когда транзистор TR1 находится в выключенном состоянии), когда заряд, накопленный в конденсаторе С, освобождается, и транзистор TR1 включается снова, увеличивается дополнительно.

Таким образом, на участке, на котором входное напряжение Vвх увеличивается, продолжительность включения, соответствующая соотношению времени во включенном/выключенном состоянии транзистора TR1, постепенно уменьшается, как показано в левой части фиг. 8.

Конечно, в противоположность этому, на участке, на котором входное напряжение Vвх уменьшается, продолжительность включения транзистора TR1 постепенно увеличивается, как показано в правой части фиг. 8.

В результате, при использовании схемы включения СИД, использующей технологию с применением цепи постоянного тока на фиг. 9, кривые входящего тока представляют собой М-образные кривые, показанные на фиг. 6, 7, и 8. Таким образом, КПД значительно улучшен по сравнению со схемой на фиг. 2, представляющей собой часть уровня техники.

В этом случае, если напряжение Vz пробоя=5 В, схема включения СИД сразу переходит к участку С без прохождения участка В на фиг. 6, когда входное напряжение Vвх составляет 240 В или более.

На фиг. 9 детекторная цепь 44 распознает напряжение на цепи постоянного тока 43. Кроме того, как показано на фиг. 10, также возможен вариант, в котором напряжение распознается на выходе выпрямительной цепи 51 (второй вариант осуществления). Конечно, на фиг. 9 детекторная цепь 44 может также распознавать напряжение на входе светодиодной нагрузки 42.

Далее со ссылкой на фиг. 11 будет описан третий вариант осуществления настоящего изобретения, в котором усовершенствована схема включения СИД на фиг. 9.

В приведенном выше описании работы схемы на фиг. 9, когда входное напряжение увеличивается на участке С, на фиг. 6, входной ток линейно уменьшается. Тем не менее, в действительности существует задержка во времени включения/выключения входного тока, вследствие влияния внутренних компонентов конденсатора, и при измерении с использованием измерительного прибора, схема включения СИД на фиг. 9 имеет текущую кривую входного тока, которая колеблется в вертикальном направлении около постоянного значения входного тока на участке С на фиг. 6, как и на фиг. 12.

Как описано выше, в настоящем изобретении, когда наклон уменьшения входного тока становится крутым, в связи с увеличением входного напряжения на участке С КПД увеличивается.

Таким образом, для того, чтобы дополнительно повысить КПД схемы включения СИД на фиг. 9, средняя кривая входного тока дополнительно понижается в направлении вниз, как показано на фиг. 13, путем отделения части, которая превышает 10 мА (часть, которая превышает пунктирную линию), то есть, постоянного значения входного тока на кривой входного тока, которая колеблется в вертикальном направлении на фиг. 12. Такая схема включения СИД показана на фиг. 11.

Далее кратко описывается работа схемы включения СИД на фиг. 11.

В схеме включения СИД на фиг. 11 стабилитрон Dz и резистор R2 образуют детекторную цепь 65, а полевой транзистор FET, транзистор TR2, резисторы R1 и R4 образуют цепь ограничения тока 62.

В цепи ограничения тока 62 входной ток Iвх не превышает значение тока, например, 10 мА, которое задано резистором R1, когда транзистор TR1 выключен. То есть, если ток, протекающий через резистор R1, превышает 10 мА, напряжение для включения транзистора TR2 подается на базу транзистора TR2, а если транзистор TR2 включен, напряжение, которое подается на затвор полевого транзистора FET, уменьшается, а входной ток Iвх уменьшается, и, таким образом, не превышает 10 мА.

Таким образом, на участке В, на котором входное напряжение составляет от 240 В и 250 В, транзистор TR3 будет выключен. То есть, если транзистор TR1 выключен, входной ток Iвх протекает в виде постоянного тока в 10 мА, а в конденсаторе С накапливается заряд.

Далее, когда схема включения СИД переходит к участку С, на котором входное напряжение превышает 250 В, транзистор TR3 будет включен. Таким образом, транзистор TR1 включается, и одновременно выключается полевой транзистор FET, входной ток Iвх не протекает, и заряд, накопленный в конденсаторе С, освобождается на светодиодную нагрузку 63.

Если напряжение, приложенное к цепи 64 постоянного тока, падает за счет освобождения заряда, накопленного в конденсаторе С, транзистор TR3 снова будет выключен. Таким образом, транзистор TR1 находится в выключенном состоянии; одновременно входной ток Iвх подается на светодиодную нагрузку 63, а заряд снова накапливается в конденсаторе С.

В этом случае заново начинается процедура, при которой напряжение в 15 В (напряжение Vz пробоя) или более, снова подается на цепь 23 постоянного тока, транзистор TR3 снова включается, включается транзистор TR1, включается полевой транзистор, а заряд, накопленный в конденсаторе С, освобождается и подается на светодиодную нагрузку.

В результате, если входное напряжение Vвх превышает 250 В, колебания, при которых полевой транзистор FET неоднократно включается/выключается, также возникают в схеме включения СИД на фиг. 11.

В этом случае, поскольку входной ток Iвх не превышает заданные 10 мА, в цепи ограничения тока 62 достигается эффект, когда часть тока, превышающая 10 мА (часть над пунктирной линией), отрезается из участка колебаний на фиг. 12 таким образом, что когда увеличивается входное напряжение Vвх, как и на фиг. 13, наклон кривой уменьшения, которая отображает среднее значение входного тока Iвх, становится более крутым, и КПД схемы включения СИД на фиг. 11 превосходит КПД схемы включения СИД на фиг. 9.

На фиг. 11 детекторная цепь 65 подключена к обоим концам цепи 64 постоянного тока. Однако при изменении фиг. 11, детекторная цепь 65 может быть подключена к выходу выпрямительной цепи 61, как и на фиг. 10. Конечно, на фиг. 11 детекторная цепь 65 может распознавать напряжение на входной стороне светодиодной нагрузки 63.

Далее будет описана схема включения СИД в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 14.

Вывод нагрузки на фиг. 14 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы подключать заданную светодиодную нагрузку, цепь постоянного тока и конденсатор, который параллельно соединен с светодиодной нагрузкой и цепью постоянного тока. Выпрямительная цепь, которая выпрямляет напряжение от источника переменного тока, может быть расположена на входе детекторной цепи 70. Эти элементы аналогичны описанным в предыдущем варианте осуществления и для удобства опущены. Конечно, на фиг. 14 входной каскад детекторной цепи 70 и вывод нагрузки могут быть изменены в различных вариациях.

Как показано на том же чертеже, схема включения СИД может включать в себя детекторную цепь 70 и цепь управления 80. Здесь детекторная цепь 70 контролирует напряжение выпрямленного тока на предмет превышения заданного определенного значения напряжения и передает управляющие сигналы в соответствии со степенью превышения этого определенного значения напряжения на цепь 80 управления.

В данном случае заданное определенное значение напряжения - это значение, большее, чем сумма напряжения, приложенного к светодиодной нагрузке, когда светодиодная нагрузка включена, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока, когда начинается включение светодиодной нагрузки.

Цепь 80 управления может быть подключена к выходу выпрямительной цепи и детекторной цепи 70. В частности, цепь 80 управления может включать в себя множество секций ограничения тока - от 82_1 до 82_n. При этом множество секций ограничения тока от 82_1 до 82_n могут быть соединены параллельно друг с другом по отношению к нагрузке, как показано на фиг. 14.

Кроме того, цепь 80 управления может включать в себя секции переключения от 81_1 до 81_n. При этом секции переключения от 81_1 до 81_n подключены к секциям ограничения тока от 82_1 до 82_n и выполняют функцию включения/выключения работы секций ограничения тока от 82_1 до 82_n.

Более подробно - если в результате распознавания детекторной цепью 70 напряжения выпрямленного тока, значение которого не превышает заданное определенное значение напряжения, например, V1, цепь 80 управления выполняет функцию управления всем множеством секций ограничения тока от 82_1 до 82_n, чтобы пропускать через них выходной сигнал выпрямительной цепи 91, а если напряжение выпрямленного тока превышает это определенное значение напряжения, цепь 80 управления выполняет функцию управления количеством секций ограничения тока от 82_1 до 82_n в соответствии с управляющим сигналом, в соответствии со степенью превышения этого определенного значения напряжения для блокировки выхода выпрямительной цепи 91 при помощи операции переключения.

На фиг. 15 показан пример структуры, в которой выпрямительная цепь 91, конденсатор 92, который сглаживает выход выпрямительной цепи 91, светодиодная нагрузка 93 и цепь 94 постоянного тока добавлены в конфигурацию, показанную на фиг. 14.

Как показано на фиг. 15, детекторная цепь 70 подает различные управляющие сигналы на секции переключения от 81_1 до 81_n в соответствии с величиной напряжения выпрямленного тока, и секции переключения от 81_1 до 81_n действуют в соответствии с управляющими сигналами таким образом, чтобы секции ограничения тока от 82_1 до 82_n пропускали или блокировали выход выпрямительной цепи 91.

На фиг. 16 показан пример подробной конфигурации схемы и подключение детекторной цепи 70 и цепи 80 управления с фиг. 15.

Как видно из фиг. 16, на которой секции переключения Q3 81_1 и Q6 81_2 находятся в выключенном состоянии, секции ограничения тока 82_1 и 82_2 пропускают выходной сигнал выпрямительной цепи 91, то есть, выходной ток. В данном варианте осуществления предполагается, что секции ограничения тока 82_1 и 82_2 передают выходной ток выпрямительной цепи 91, который не превышает 10 мА. Таким образом, весь ток на выходе, пропускаемый секциями ограничения тока 82_1 и 82_2, составляет 20 мА.

Секция переключения Q5 детекторной цепи 70 находится во включенном состоянии, когда величина напряжения выпрямленного тока, в соответствии с разделением резисторов R11 и R12, а также напряжение пробоя стабилитрона D4 равно или больше, чем заданная величина V1.

Аналогичным образом секция переключения Q8 детекторной цепи 70 находится во включенном состоянии, когда величина напряжения выпрямленного тока, в соответствии с разделением резисторов R11 и R12, а также напряжение пробоя стабилитрона D5 равно или больше, чем заданная величина V2.

Если при повышении напряжения на выходе выпрямительной цепи 91 оно достигает значения заданной величины V1, секция переключения Q5 находится во включенном состоянии, секция переключения Q3 (81_1) будет находиться во включенном состоянии. Предполагается, что в это время секция переключения Q8 (81_2) не находится во включенном состоянии.

Если секция Q3 находится во включенном состоянии, первая секция ограничения тока 82_1 блокирует прохождение выходного тока выпрямительной цепи 91. Таким образом, в этом состоянии весь выходной ток проходит через секции ограничения тока 82_1 и 82_2 и составляет 10 мА, поскольку применяется только действие второй секции ограничения тока 82_2.

Далее, если выходное напряжения выпрямительной цепи 91 непрерывно увеличивается и достигает значения другой заданной величины V2, секция Q8 находится во включенном состоянии, секция Q6 (81_2) переключения дополнительно во включенном состоянии, а если секция Q6 (81_2) также находится во включенном состоянии, вторая секция ограничения тока 82 2 блокирует прохождение выходного тока выпрямительной цепи 91. Таким образом, в этом состоянии величина тока, пропускаемого через секции ограничения тока от 82_1 до 82_n, равна 0 мА, потому что все секции ограничения тока от 82_1 до 82_n блокируют выходной ток.

В противоположность этому, если значение выходного напряжения выпрямительной цепи 91 уменьшается и составляет меньше заданной величины V2, секция Q8 находится в выключенном состоянии, секция переключения Q6 (81_2) находится в выключенном состоянии, а если секция переключения Q6 (81_2) находится в выключенном состоянии, вторая секция ограничения тока 82_2 пропускает выходной ток выпрямительной цепи 91. Таким образом, в этом состоянии значение всего выходного тока, проходящего через секции ограничения тока 82_1 и 82_2, равно 10 мА, поскольку применяется только действие второй секции ограничения тока 82_2.

Если значение выходного напряжения выпрямительной цепи 91 уменьшается еще больше и составляет меньше заданной величины V1, секция Q5 находится в выключенном состоянии, секция переключения Q3 (81_1) находится в выключенном состоянии, а если секция переключения Q3 (81_1) находится в выключенном состоянии, первая секция ограничения тока 82_1 дополнительно пропускает выходной ток выпрямительной цепи 91. Таким образом, в этом состоянии значение выходного тока, проходящего через секции ограничения тока 82_1 и 82_2, равно 20 мА за счет действия первой секции ограничения тока 82_1 и второй секции ограничения тока 82_2.

На фиг. 16 показаны две секции переключения 81_1 и 81_2 и две секции ограничения тока 82_1 и 82_2. Тем не менее, количество секций переключения и количество секций ограничения тока может быть дополнительно увеличено, и когда управление осуществляется при помощи описанного выше способа, весь ток, подающийся на светодиодную нагрузку, может изменяться поэтапно, как показано на фиг. 7.

При том, что настоящее изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть сделаны различные изменения в форме и деталях в пределах сущности и объема настоящего изобретения, как определено нижеуказанной формулой изобретения.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Как описано выше, настоящее изобретение представляет собой схему включения СИД с использованием способа цепи постоянного тока, в результате чего КПД дополнительно повышается по сравнению со схемой включения СИД с использованием способа цепи постоянного тока согласно уровню техники.

Изобретение относится к области светотехники. Схема включения светоизлучающего диода (СИД) для освещения с повышенным КПД использует цепь постоянного тока на стороне нагрузки схемы включения СИД. Схема включения СИД соединена с источником переменного тока и включает в себя: выпрямительную цепь, выпрямляющую ток от источника переменного тока; цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи; светодиодную нагрузку и цепь постоянного тока, которые последовательно подключены к выходу цепи управления; конденсатор, параллельно соединенный со светодиодной нагрузкой и цепью постоянного тока, которые соединены последовательно друг с другом, при этом конденсатор сглаживает выходной сигнал выпрямительной цепи; детекторную цепь, распознающую, превышает ли напряжение выпрямленного тока заданное определенное значение напряжения, которое равно или превышает сумму напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку при включенной светодиодной нагрузке, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока при включении светодиодной нагрузки. Если в результате распознавания детекторной цепью значения напряжение выпрямленного тока не превышает этого определенного значения напряжения, цепь управления пропускает выходной сигнал выпрямительной цепи, а если напряжение выпрямленного тока превышает это определенное значение напряжения, цепь управления действует таким образом, что периодически выполняются первая операция блокировки выходного сигнала выпрямительной цепи и вторая операция пропускания выходного сигнала выпрямительной цепи. Технический результат - повышение КПД. 3 н. и 6 з. п.ф-лы, 16 ил.

1. Схема включения светоизлучающего диода (СИД) с функцией повышения КПД, соединенная с источником переменного тока, содержащая:
выпрямительную цепь, соединенную с источником переменного тока, чтобы генерировать выпрямленное напряжение;
цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи;
светодиодную нагрузку и цепь постоянного тока, последовательно подключенные к выходу цепи управления, при этом светодиодная нагрузка и цепь постоянного тока соединены последовательно друг с другом;
конденсатор, параллельно подключенный светодиодной нагрузке и цепи постоянного тока, при этом конденсатор сконфигурирован с возможностью сглаживать выходной сигнал выпрямительной цепи;
детекторную цепь, сконфигурированную для распознавания, превышает ли значение напряжения выпрямленного тока заданное значение напряжения, при этом упомянутое заданное значение напряжения равно или больше суммы напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку, когда светодиодная нагрузка включена, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока при включении светодиодной нагрузки,
в которой цепь управления сконфигурирована для пропускания выходного сигнала выпрямительной цепи в случае, если значение напряжения выпрямленного тока не превышает упомянутое заданное значение напряжения, и сконфигурирована так, что периодически выполняется первая операция блокировки выходного сигнала выпрямительной цепи и вторая операция пропускания выходного сигнала выпрямительной цепи, если значение напряжение выпрямленного тока превышает упомянутое заданное значение напряжения.

2. Схема включения СИД по п. 1, в которой детекторная цепь сконфигурирована для выполнения операции распознавания на входе цепи постоянного тока.

3. Схема включения СИД по п. 1, в которой детекторная цепь сконфигурирована для выполнения операции распознавания на выходе цепи постоянного тока.

4. Схема включения СИД по п. 1, в которой детекторная цепь сконфигурирована для выполнения операции распознавания на входе светодиодной нагрузки.

5. Схема включения светоизлучающего диода (СИД) с функцией повышения КПД, соединенная с источником переменного, содержащая:
выпрямительную цепь, соединенную с источником переменного тока;
цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи;
светодиодной нагрузку и цепь постоянного тока, последовательно подключенные к выходу цепи управления, при этом светодиодная нагрузка и цепь постоянного тока соединены последовательно друг с другом;
цепь ограничения тока, соединенную с выходом выпрямительной цепи;
конденсатор, параллельно подключенный к светодиодной нагрузке и цепи постоянного тока, при этом конденсатор сконфигурирован для сглаживания выходного сигнала выпрямительной цепи;
детекторную цепь, сконфигурированную для распознавания, превышает ли значение напряжения выпрямленного тока заданное значение напряжения, причем упомянутое заданное значение напряжения равно или больше суммы напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку, когда светодиодная нагрузка включена, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока при включении светодиодной нагрузки,
в которой цепь управления сконфигурирована для пропускания только заданного тока, значение которого меньше или равно заданному значению тока цепи ограничения тока, если значение напряжения выпрямленного тока не превышает упомянутое заданное значение напряжения, и сконфигурирована таким образом, что периодически выполняется первая операция блокировки выхода цепи ограничения тока и вторая операция пропускания только заданного тока, если значение напряжения выпрямленного тока превышает упомянутое заданное значение напряжения.

6. Схема включения СИД по п. 5, в которой детекторная цепь сконфигурирована для выполнения операции распознавания на входе цепи постоянного тока.

7. Схема включения СИД по п. 5, в которой детекторная цепь сконфигурирована для выполнения операции распознавания на выходе цепи постоянного тока.

8. Схема включения СИД по п. 5, в которой детекторная цепь сконфигурирована для выполнения операцию распознавания на входе светодиодной нагрузки.

9. Схема включения светоизлучающего диода (СИД) с функцией повышения КПД, соединенная с источником переменного тока, содержащая:
выпрямительную цепь, соединенную с источником переменного тока;
цепь управления, соединенную с выходом выпрямительной цепи, причем цепь управления включает в себя множество секций ограничения тока;
светодиодную нагрузку и цепь постоянного тока, последовательно подключенные к выходу цепи управления, при этом светодиодная нагрузка и цепь постоянного тока соединены последовательно друг с другом;
конденсатор, параллельно подключенный к светодиодной нагрузке и цепи постоянного тока, при этом конденсатор сконфигурирован для сглаживания выходного сигнала выпрямительной цепи;
детекторную цепь, сконфигурированную для распознавания превышения напряжением выпрямленного тока упомянутого заданного значения напряжения, при этом упомянутое заданное значение напряжения равно или больше суммы напряжения, подающегося на светодиодную нагрузку при включенной светодиодной нагрузке, и напряжения, подающегося на цепь постоянного тока при включении светодиодной нагрузки, при этом детекторная цепь сконфигурирована для передачи в цепь управления управляющие сигналы в соответствии со степенью превышения упомянутого заданного значения напряжения,
при этом цепь управления сконфигурирована для управления так, что все из множества секций ограничения тока пропускают выходной сигнал выпрямительной цепи, если значение выпрямленного напряжения не превышает упомянутое заданное значение напряжения, сконфигурирована для управления секцией из множества секций ограничения тока в соответствии с управляющими сигналами, для блокирования выходного сигнала выпрямительной цепи с помощью операции переключения, если значение выпрямленного напряжения превышает упомянутое заданное значение напряжения.