БЛОК УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТЬЮ, ВЫДАВАЕМОЙ НА НАГРУЗКУ, В ЧАСТНОСТИ В БЛОК СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ И БЛОК УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ, ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ БЛОКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК H05B33/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к блоку управления мощностью и соответствующему способу управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку, в частности в блок светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов. Дополнительно, изобретение относится к блоку управления напряжением, предназначенному для управления выходным напряжением блока преобразователя. Дополнительно, изобретение относится к осветительному устройству.

Предшествующий уровень техники

В области схем возбуждения СИДов для автономных приложений, таких как модифицированные лампы и новые лампы или модули, требуются решения, позволяющие, помимо обеспечения других уместных особенностей, удовлетворить требованиям высокой плотности мощности и высокого коэффициента мощности. Хотя практически все существующие решения предусматривают то или иное требование, важно, чтобы предлагаемые схемы возбуждения должным образом преобразовывали форму энергии сети в форму, требуемую СИДами, поддерживая при этом соответствие современным и будущим стандартам электрических сетей. Жизненно важным является управление величиной мощности, подводимой к лампам, для управления яркостью ламп при наличии высокой эффективности и пониженных потерь мощности в преобразователе мощности. Одним вариантом управления величиной мощности, подводимой к лампам, является уменьшение яркости с отсечкой фазы, обладающее высокой эффективностью и низкими потерями мощности. Если используются устройства возбуждения, включающие в себя устройство уменьшения яркости с отсечкой фазы, лампы получают электрическую мощность из сетевого напряжения с отсечкой фазы и должны восстанавливать положение отсечки фазы, чтобы задать уровень мощности, соответственно. Устройства уменьшения яркости с отсечкой фазы по заднему фронту, использование которых предпочтительно, не всегда обеспечивают ступеньку напряжения со значительным фронтом, что легко обнаружить благодаря фильтрующим конденсаторам, параллельным лампе и параллельным устройству уменьшения яркости. Поэтому лампы снабжают схемой делителя напряжения для разрядки заряженного конденсатора, чтобы гарантировать отключение устройства уменьшения яркости. Обнаружение фронта сигнала с отсечкой фазы является технически сложным решением и увеличивает потери мощности в лампах.

В документе WO 2011/045371 A1 описано устройство уменьшения яркости с отсечкой фазы для блоков СИДов, выдающее напряжения возбуждения с отсечкой фазы для возбуждения СИДов. Это устройство уменьшения яркости с отсечкой фазы соединено с блоком управления возбуждения для устройства уменьшения яркости и для отсечки напряжения сети в заранее определенных положениях.

В документе WO 2010/137002 A1 описано устройство возбуждения с отсечкой фазы для возбуждения блока СИДов, причем блок СИДов содержит схему делителя напряжения для регулирования выпрямленного входного напряжения с отсечкой фазы. Схемы делителей напряжения содержат средства обнаружения, предназначенные для обнаружения падения напряжения на двух заранее определенных уровнях напряжения с целью активации схем делителей напряжения. Точное обнаружение угла фазы напряжения с отсечкой фазы с помощью этой схемы деления напряжения невозможно.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить блок управления мощностью и соответствующий способ управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку, в частности в блок светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов, обеспечивающий высокий коэффициент мощности, пониженные потери, высокую эффективность и низкую стоимость. Дополнительно, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить соответствующее осветительное устройство. Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить контроллер напряжения для управления выходным напряжением блока преобразователя, обеспечивающего высокую эффективность и пониженные потери мощности с помощью незначительного объема технических мер.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, предложено устройство возбуждения, предназначенное для возбуждения нагрузки, в частности блока светоизлучающих диодов (СИДов), содержащего один или несколько СИДов, содержащее:

блок преобразователя, имеющий входную клемму для приема входного напряжения от внешнего источника питания и выходную клемму для выдачи выходного напряжения для питания нагрузки, причем блок преобразователя содержит переключающее устройство для преобразования входного напряжения в выходное напряжение;

блок управления, предназначенный для управления переключающим устройством,

сигнальные средства, соединенные с выходной клеммой, подающие сигнал напряжения или тока на выходную клемму, причем блок управления соединен с сигнальными средствами и выполнен с возможностью управления сигнальными средствами.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен контроллер напряжения для управления выходным напряжением блока преобразователя, содержащий:

первую соединительную клемму для соединения контроллера напряжения с выходом устройства возбуждения;

вторую соединительную клемму для соединения контроллера напряжения с нейтралью или входной клеммой устройства возбуждения;

сигнальные средства для подачи сигнала напряжения или тока на первую соединительную клемму;

средства обнаружения для обнаружения отсечки фазы выходного напряжения, причем средства обнаружения выполнены с возможностью управления сигнальными средствами в зависимости от обнаруженной отсечки фазы.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен соответствующий способ управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложено осветительное устройство, содержащее осветительную сборку, содержащую один или несколько осветительных блоков, в частности блок светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов, и устройство возбуждения, предназначенное для возбуждения осветительной сборки, предложенной в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения. Будет ясно, что заявляемый способ имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, как и заявляемое устройство, которые охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее разработки блока управления мощностью для уменьшения яркости путем понижения напряжения внешнего источника питания, такого, как сеть, например, посредством уменьшения напряжения с отсечкой фазы, и при этом напряжение, подаваемое на нагрузку, содержит значительный и легко обнаруживаемый сигнал выключения. Это достигается с помощью сигнальных средств, соединенных с выходом блока управления мощностью или блока преобразователя блока управления мощностью, для подачи сигнала напряжения или тока, чтобы задать напряжение на выходной клемме, соответственно. С помощью таких сигнальных средств можно обеспечить значительную ступеньку напряжения в выходном напряжении блока управления мощностью или блоке преобразователя. Поскольку тот же блок управления мощностью, который управляет переключающим устройством блока преобразователя, соединен с сигнальными средствами, сигнальные средства можно синхронизировать с блоком преобразователя для подачи значительного и легко обнаруживаемого сигнала выключения в зависимости от угла фазы напряжения, выдаваемого блоком преобразователя. Следовательно, выходное напряжение можно изменять быстро, чтобы подавать значительный и легко обнаруживаемый сигнал выключения на нагрузку с помощью незначительного объема технических мер. Преимущественно суммарные потери в системе, вызванные делением напряжения, снижаются, поскольку блок управления током активируется только по требованию, и нагрузки не требуют деления входного напряжения в продолжительные периоды времени, или высокой мощности, либо вообще не требуют никакого деления напряжения.

Второй аспект данного изобретения основан на идее разработки отдельного блока управления напряжением, который предназначен для управления выходным напряжением существующего блока преобразователя, в частности существующего устройства уменьшения яркости, соединенного с нагрузкой, в частности с блоком светоизлучающих диодов (СИДов), и который выполнен с возможностью быстрого изменения напряжения, подаваемого на нагрузку, с целью подачи значительного и легко обнаруживаемого сигнала выключения на нагрузку. Поскольку сигнал управления, управляющий блоком преобразователя, недоступен для такого отдельного контроллера напряжения, угол фазы выходного напряжения обнаруживается с помощью средств обнаружения, причем средства обнаружения управляют сигнальными средствами или соответственно активируют их для выдачи выходного напряжения, имеющего значительный и легко обнаруживаемый сигнал выключения. Следовательно, контроллер напряжения, в соответствии с этим аспектом настоящего изобретения, можно соединять с существующим блоком преобразователя как отдельный дополнительный модуль для модификации блока управления мощностью или устройства возбуждения.

Блок управления и сигнальные средства предпочтительно синхронизированы друг с другом так, что между периодом активации переключающего устройства и подачей сигнала на выходную клемму обеспечивается детерминированное соотношение.

В варианте осуществления входное напряжение является напряжением переменного тока, предпочтительно обеспечиваемым сетью, а блок преобразователя является устройством отсечки фазы, причем переключающее устройство предусмотрено для отсечки фазы напряжения переменного тока. Этот вариант осуществления прост в воплощении и обеспечивает устройство уменьшения яркости с низкими потерями мощности.

В варианте осуществления сигнальные средства содержат блок управления током для выдачи сигнала посредством управления током, снимаемым с выходной клеммы или выдаваемым на выходную клемму. Это простое решение для обеспечения выходного напряжения с пониженными потерями мощности.

В конкретном преимущественном варианте осуществления блок управления мощностью содержит средства обнаружения для обнаружения выходного напряжения. Поэтому можно обнаруживать выходное напряжение и можно соответственно управлять сигнальными средствами для выдачи желаемого выходного напряжения. Это позволяет адаптировать выходное напряжение к требуемому уровню, избегая ненужных потерь.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления сигнальные средства выполнены с возможностью управления кривой выходного напряжением и задания наклона выходного напряжения равным заранее определенному уровню. Таким образом, можно достичь заранее определенной и/или желаемой кривой выходного напряжения и заранее определенного наклона выходного напряжения, который может быть легко обнаруживаемым посредством нагрузки. И опять это позволяет избежать ненужных потерь.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления блок управления выполнен с возможностью активации сигнальных средств, когда выходное напряжение отсекается посредством переключающего устройства. Таким образом, сигнал напряжения или тока, подаваемый сигнальными средствами, обеспечивает значительное изменение выходного напряжения, когда отсечка фазы такова, что угол фазы можно точно обнаруживать посредством нагрузки, предусматривающей уменьшение яркости.

В дополнительном варианте осуществления блок управления током содержит источник тока, который активируется блоком управления. Поэтому возможна выдача заранее определенного тока, который не зависит от падения напряжения на нагрузке, так что можно обеспечить заранее определенное изменение выходного напряжения.

В другом варианте осуществления сигнальные средства содержат управляемый переключатель, который активируется посредством блока управления. Управляемый переключатель обеспечивает простое решение для сигнальных средств, позволяющее обеспечить требуемый ток и обеспечить желаемое изменение выходного напряжения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления сигнальные средства подключены к потенциалу нейтрали внешнего источника питания. Следовательно, обеспечивается простое решение для обеспечения кратковременного понижения напряжения применительно к выходному напряжению, поскольку блок управления током соединен с заранее определенным потенциалом напряжения, который ниже, чем выходное напряжение.

В соответствии с другим вариантом осуществления сигнальные средства содержат управляемый переключатель, соединенный с зарядным конденсатором, который соединен с входной клеммой блока преобразования мощности, причем для зарядки конденсатора параллельно управляемому переключателю подключен диод, и при этом управляемый переключатель управляется посредством блока управления. Таким образом, можно обеспечить двухпроводное устройство уменьшения яркости (в котором соединение с нейтралью невозможно), поскольку блок управления током подсоединен между входной и выходной клеммами блока преобразователя.

В дополнительном варианте осуществления сигнальные средства содержат, параллельно блоку преобразования мощности, два зарядных конденсатора, каждый из которых последовательно соединен с одним диодом, причем диоды расположены в противоположных направлениях прямого смещения для зарядки конденсаторов с разной полярностью, причем параллельно каждому из диодов подключен управляемый переключатель, которым управляет блок управления. Поэтому можно обеспечить двухпроводное устройство уменьшения яркости с блоком управления или генератором кратковременного понижения напряжения для подачи изменяющегося входного напряжения, поскольку в любом состоянии или в любой момент времени имеется положительное и отрицательное напряжение, так как оба конденсатора заряжаются с разными полярностями посредством диодов, расположенных в противоположных направлениях.

В этом варианте осуществления блок управления предпочтительно выполнен с возможностью активации двух управляемых переключателей, когда выходное напряжение выключают посредством переключающего блока в зависимости от полярности входного или выходного напряжения. Таким образом, значительное изменение выходного напряжения можно обеспечить с помощью незначительного объема технических мер независимо от полярности входного и/или выходного напряжения, поскольку оба переключателя предназначены для соединения выходной клеммы с одним из различно заряженных конденсаторов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления контроллера напряжения сигнальные средства содержат источник тока или управляемый переключатель для управления электрическим током, снимаемым с первой соединительной клеммы или выдаваемым на первую соединительную клемму. Это обеспечивает простое решение с помощью незначительного объема технических мер для обеспечения модифицированного контроллера напряжения.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления контроллера напряжения сигнальные средства содержат два зарядных конденсатора, каждый из которых соединен последовательно с одним диодом, причем диоды расположены в противоположных направлениях прямого смещения для зарядки конденсаторов с разной полярностью, и при этом каждый из диодов соединен параллельно управляемому переключателю, которым управляют средства обнаружения. Поэтому можно обеспечить контроллер напряжения как дополнительный модуль, соединяемый с двухпроводным устройством возбуждения, поскольку нужно лишь соединить контроллер напряжения с входной и выходной клеммами устройства возбуждения, и при этом обеспечивается определенный потенциал напряжения для достижения желаемой ступеньки выходного напряжения.

Следовательно, существуют различные варианты осуществления для управления выходным напряжением блока управления мощностью или блока преобразователя блока управления мощностью и для быстрого изменения выходного напряжения с целью подачи значительного и легко обнаруживаемого сигнала на подсоединенную нагрузку.

Как упоминалось выше, с помощью сигнальных средств можно подавать сигнал на выход блока преобразователя. В частности, можно обеспечить желаемый график выходного напряжения, а посредством блока управления током можно задать заранее определенный наклон. Сигнальные средства предпочтительно подсоединены между выходной клеммой блока преобразователя и нейтралью внешнего источника питания. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления сигнальные средства подсоединены между входной и выходной клеммами, обеспечивая двухпроводной блок управления мощностью. Поэтому желаемое изменение выходного напряжения можно воплотить с помощью незначительного объема технических мер с целью подачи сигнала выключения на лампы.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и будут пояснены, исходя из варианта (вариантов) осуществления, описываемого (описываемых) ниже. На нижеследующих чертежах:

на фиг. 1а показана условная блок-схема известного устройства возбуждения для уменьшения яркости для блока СИДов;

на фиг. 1b показан сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости и соответствующий сигнал подаваемого и выходного напряжения устройства уменьшения яркости устройства возбуждения для уменьшения яркости;

на фиг. 2а показана условная блок-схема первого варианта осуществления блока управления мощностью в соответствии с данным изобретением;

на фиг. 2b показана детализированная блок-схема блока управления током, в соответствии с первым вариантом осуществления;

на фиг. 3а показана условная блок-схема второго варианта осуществления блока управления мощностью в соответствии с данным изобретением;

на фиг. 3b показана детализированная блок-схема блока управления током согласно второму варианту осуществления;

на фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая сигнал подаваемого и выходного напряжения согласно вариантам осуществления устройства возбуждения, показанного на фиг. 2 и 3, и соответствующий сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости;

на фиг. 5а показана условная блок-схема блока управления напряжением в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения,

на фиг. 5b показана условная блок-схема блока управления напряжением в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов изобретения

На фиг. 1а схематически показан вариант осуществления известного устройства 10 возбуждения для уменьшения яркости, предназначенного для блока 12 СИДов. Упомянутое устройство 10 уменьшения яркости содержит переключатель 14, подключенный в диодном мостовом выпрямителе 16, 18, и блок 20 управления, предназначенный для управления переключателем 14. Устройство 10 уменьшения яркости соединено с внешним источником 22 питания, например, с внешним источником 22 напряжения сети и выполнено с возможностью выдачи выходного напряжения V12 с отсечкой фазы переменного тока, исходя из входного напряжения V10 переменного тока. Устройство 10 уменьшения яркости преобразует входное напряжение V10 переменного тока в выходное напряжение V12 с отсечкой фазы путем переключения переключателя 14 и разъединения соединения между внешним источником 22 питания и выходной клеммой устройства 10 уменьшения яркости. Блок 20 управления управляет переключателем 14 для выдачи сигнала отсечки фазы по переднему фронту или заднему фронту. Блок 12 СИДов соединен с устройством 10 уменьшения яркости и нейтральным проводом внешнего источника 22 питания. Блок СИДов содержит выпрямитель 24 для выпрямления сигнала отсечки фазы переменного тока и зарядный конденсатор 26 и нагрузку 28, такую как СИД 28. Вместе с тем, в блоке 12 СИДов возможны каскады питания разных типов, включая, например, источник питания режимов переключателя, средства коррекции коэффициента мощности, делители напряжения, контроллеры для адаптации количества энергии, подаваемой в СИД, измерительные средства для обнаружения угла фазы и т.д.

Зарядный конденсатор 30 (например, 10 нФ) подключен параллельно устройству 10 уменьшения яркости. Зарядный конденсатор 32 подключен параллельно блоку 12 СИДов.

Устройство 10 уменьшения яркости может обеспечивать уменьшение яркости с отсечкой фазы с помощью переднего фронта (устройство уменьшения яркости, выполненное на триаке, тип R, RL), однако напряжение импульса с крутым фронтом, прикладываемое к нагрузке, может вызвать искажение и броски тока. В альтернативном варианте устройство 10 уменьшения яркости может обеспечивать уменьшение яркости с отсечкой фазы по заднему фронту (устройство уменьшения яркости, выполненное на полевом транзисторе со структурой «металл - оксид - полупроводник» (полевом МОП-транзисторе, тип R, RC)) во избежание крутого роста напряжения, прикладываемого к нагрузке. В этом случае подключение к выходному напряжению V12 и к входному напряжению V10 устанавливается посредством замыкания переключателя 14 при пересечении нуля (или значения, близкого к нулю) питающего напряжения V10 и прерывается при желаемом угле фазы путем размыкания переключателя 14. Однако по нагрузке сложно обнаружить точку выключения в этом сигнале, поскольку этот сигнал не всегда имеет крутой фронт напряжения из-за фильтрующих конденсаторов 30, 32, параллельных блоку 12 СИДов и устройству 10 уменьшения яркости. В некоторых лампах предусматривается тенденция нагружать их входные клеммы повышенными нагрузками (делитель напряжения), т.е. так, чтобы во время второй половины полусинусоиды (когда абсолютное значение напряжения уменьшается) появилась возможность определять точку выключения. Деление напряжения вызывает повышенные потери и дополнительные затраты в лампах.

На фиг. 1b показана диаграмма, иллюстрирующая сигнал напряжения, характерный для напряжения V12 с отсечкой фазы, выдаваемого устройством 10 уменьшения яркости, и соответствующий сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости. В нижней части фиг. 1b синусоидальное напряжение V10 (пунктирная линия), выдаваемое внешним источником 22 питания, показано вместе с напряжением V12, выдаваемым устройством 10 уменьшения яркости и подаваемым в блок 12 СИДов. В верхней части фиг. 1b показан сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости, имеющий форму прямоугольного сигнала. Этот сигнал должен восстанавливаться блоком СИДов. Сигнал угла фазы содержит спадающие фронты в момент t1 и нарастающие фронты в момент t2. Соответственно, переключатель 14 выключается в момент t1 и включается в момент t2. Выходное напряжение V12, подаваемое в блок 12 СИДов, не демонстрирует спадающий фронт в момент t1, а демонстрирует спадающий фронт в момент t2, поскольку переключатель 14 включается в момент t2, и поэтому выходное напряжение V12 в момент t2 идентично синусоидальному напряжению V10 питания. Благодаря конденсаторам 30, 32 выходное напряжение V12, подаваемое в блок 12 СИДов, не демонстрирует спадающий фронт в момент t2, поскольку заряд, запасенный в конденсаторах 30, 32, препятствует резкому изменению выходного напряжения. Второй полупериод сигнала идентичен, но при этом сигнал имеет противоположную полярность. Поэтому блок 12 СИДов не может обнаружить фазу выходного напряжения V12.

Чтобы восстановить сигнал угла фазы, необходимо обеспечить значительный спадающий фронт в сигнале V12 выходного напряжения, который можно обнаружить посредством блока 12 СИДов.

На фиг. 2а схематически показан первый вариант осуществления блока управления мощностью 40 в соответствии с настоящим изобретением. Блок управления мощностью 40 содержит устройство 10 уменьшения яркости, включающее в себя блок 20 управления для преобразования входного напряжения V10, выдаваемого на входную клемму 42, в выходное напряжение V14 на выходной клемме 44. Устройство 10 уменьшения яркости предпочтительно идентично устройству 10 уменьшения яркости согласно фиг. 1a. Блок 12 СИДов предпочтительно идентичен блоку 12 СИДов согласно фиг. 1a и в общем случае представляет собой нагрузку устройства 40 возбуждения. Конденсатор 32 (например, 100 нФ) подключен параллельно блоку 12 СИДов. Блок 46 управления током подключен параллельно блоку 12 СИДов с нейтральным проводом 48 или потенциалом 48 нейтрали источника 22 входного напряжения. Блок 46 управления током соединен с блоком 20 управления. Блок 20 управления выдает сигнал 50 управления в блок 46 управления током. Блок 46 управления током предусмотрен для подачи сигнала на выходную клемму 44.

Блок 46 управления током образует сигнальные средства 46 и предусмотрен для управления током 110, отбираемым с выходной клеммы 44 в нейтральный провод 48 источника 22 напряжения.

Ток 110 с выходной клеммы 44 в нейтраль 48 (или в противоположном направлении) может изменять выходное напряжение V14 за счет стока заряда к потенциалу 48 нейтрали или выдачи заряда на выходную клемму 44. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения блок 20 управления выключает переключатель 14 устройства 10 уменьшения яркости и активирует блок 46 управления током посредством сигнала 50 управления. Блок 46 управления током предусмотрен как управляемый источник тока или управляемый переключатель для выдачи тока 110. Устройство 10 уменьшения яркости может быть снабжено обнаруживающими средствами для обнаружения выходного напряжения V14, так что блок 20 управления может регулировать ток 110 посредством блока управления током, задавая заранее определенное падение напряжения или заранее определенный наклон выходного напряжения V14. В конкретном варианте осуществления блок 20 управления подает, посредством блока 46 управления током, заранее определенный ток 110 по умолчанию, средства обнаружения обнаруживают спад выходного напряжения V14, а блок 20 управления регулирует уставку по току, предусмотренную для тока 110, посредством блока 46 управления током, до тех пор, пока не достигается желаемый наклон или кривая выходного напряжения V14. Это может занимать несколько циклов, пока не достигается желаемый спад. В другом варианте осуществления наклон выходного напряжения V14 определен заранее, а отбираемый ток регулируется так, что выходное напряжение V14 следует этому заранее определенному наклону.

На фиг. 2b схематически изображен блок 46 управления током в соответствии с одним вариантом осуществления устройства 40 возбуждения. Блок 46 управления током содержит управляемый переключатель 52 и резистор 54, соединенные друг с другом последовательно. Управляемый переключатель 52 управляется блоком 20 управления посредством сигнала 50 управления. В этом варианте осуществления блок 20 управления включает управляемый переключатель 52 в тот же момент (соответствующий t1), когда переключатель 14 устройства 10 уменьшения яркости выключается. Поэтому ток с выходной клеммы 44 в нейтральный провод 48 выдается в момент, когда фаза напряжения V10 питания отсекается, так что достигается значительное изменение выходного напряжения V14. Таким образом, блок 12 СИДов может обнаружить отсечку фазы или выключение с помощью незначительного объема технических мер. Иными словами, средства управления током образуют сигнальные средства для подачи сигналов на выходную клемму 44, когда происходит отсечка фазы входного напряжения.

Блок 46 управления током частично шунтирует выход устройства 10 уменьшения яркости на нейтральный провод 48. Поэтому напряжение питания для блока 12 СИДов быстро изменяется и создает значительный, легко обнаруживаемый спад сигнала, либо спадающий фронт или нарастающий фронт. Величина тока 110 зависит от количества блоков 12 СИДов, соединенных с устройством 10 уменьшения яркости, поскольку каждая лампа увеличивает абсолютную емкостную нагрузку устройства 10 уменьшения яркости. Активное управление током или задание тока посредством источника тока в блоке 46 управления током можно использовать для достижения заранее определенной ступеньки напряжения или спадающего либо нарастающего фронта, как упоминалось выше, предпочтительно для изменяемого количества соединяемых ламп или блоков 12 СИДов.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления управляемый переключатель 52 образован из управляемого источника тока для задания тока 110 равным заранее определенному значению. Например, можно использовать полупроводниковые переключатели с одинаковой линейной (резистивной) областью или областью ограничения тока и управлять ими (с помощью надлежащего сигнала базы или затвора), в результате чего получается подходящее сопротивление.

Следовательно, обеспечивается трехпроводное устройство уменьшения яркости, содержащее входную клемму 42 (в фазе), выходную клемму 44 (в противофазе) и нейтральный провод 48.

Фиг. 3а схематически иллюстрирует дополнительный вариант осуществления блока 60 управления мощностью в соответствии с данным изобретением. Блок 60 управления мощностью содержит устройство 10 уменьшения яркости, соединенное с внешним источником 22 питания, для возбуждения блока 12 СИДов, как показано на фиг. 1a или 2a. Идентичные элементы обозначены идентичными позициями, причем подробно поясняются только различия. Блок 62 управления током подключен параллельно устройству 10 уменьшения яркости и образует сигнальные средства 62 для подачи сигнала на выходную клемму 44. Блок 62 управления током соединен с входной клеммой 42 и с выходной клеммой 44. Блок 62 управления током соединен с блоком 20 управления устройства 10 уменьшения яркости. Блок 20 управления управляет блоком 62 управления током посредством сигнала 64 управления. Зарядный конденсатор 30 соединен параллельно блоку 62 управления током. Блок 62 управления током активируется блоком 20 управления при выключении переключателя 14 и отсечке фазы напряжения V10 питания. Таким образом, блок 20 управления током выдает ток 112 за счет стока заряда с выходной клеммы 44 или выдачи заряда на выходную клемму 44 для придания выходному напряжению V14 заранее определенной ступеньки напряжения, которая может быть обнаружена блоком 12 СИДов.

Поэтому устройство 60 возбуждения представляет собой двухпроводное устройство возбуждения или двухпроводное устройство 10 уменьшения яркости, имеющее входную клемму 42 (в фазе) и выходную клемму 44 (в противофазе), при этом нейтральный провод не предусматривается.

Блок 62 управления током предпочтительно содержит, по меньшей мере, один зарядный конденсатор и управляемый переключатель или управляемый источник тока, причем зарядный конденсатор заряжен и обеспечивает определенный потенциал для стока тока 112 или возбуждения им при включении или активации управляемого переключателя или источника тока. Поэтому блок 62 управления током обеспечивает активное управления, которое можно использовать для достижения заранее определенной ступеньки напряжения или спадающего либо нарастающего фронта в выходном напряжении V14, что обнаруживается блоком 12 СИДов.

На фиг. 3b показан предпочтительный вариант осуществления блока 62 управления током согласно фиг. 3a. Идентичные элементы обозначены идентичными позициями, причем подробно поясняются только различия.

Блок 62 управления током содержит два зарядных конденсатора 66, 68 (каждый из которых имеет, например, емкость 100 нФ), каждый из которых соединен последовательно с диодом 70, 72. Диоды 70, 72 расположены в противоположных направлениях прямого смещения. С каждым из диодов 70, 72 параллельно соединен один управляемый переключатель. Иными словами, первый переключатель 74 соединен параллельно с первым диодом 70, а второй переключатель 76 соединен параллельно со вторым диодом 72. C каждым из управляемых переключателей 74, 76 последовательно соединен резистор 78, 80 (например, сопротивлением по 100 Ом каждый). Управляемые переключатели 74, 76 соединены с блоком 20 управления и управляются посредством сигналов управления 82, 84.

Зарядные конденсаторы 66, 68 заряжаются через диоды 70, 72 с противоположной полярностью благодаря противоположным направлениям прямого смещения диодов 70, 72. Поэтому в любой момент времени в блоке 62 управления током присутствует положительная и отрицательная полярность или имеется положительный и отрицательный электрический потенциал. Зарядные конденсаторы 66, 68 разряжаются, когда переключатели 74, 76 выключены. Когда переключатели 74, 76 включаются, соответствующий зарядный конденсатор 66, 68 разряжается через соответственный резистор 78, 80. Следовательно, если один из переключателей 74, 76 включается, соответственный зарядный конденсатор 66, 68 выдает разрядный ток, который образует ток 112. Блок 62 управления током включает или активирует один из управляемых переключателей 74, 76, когда управляемый переключатель 14 устройства 10 уменьшения яркости выключается, в зависимости от полярности напряжения V10 питания. Поэтому возможна выдача тока 112 в разных направлениях для каждого из полупериодов напряжения V10 питания без доступа к нейтральному проводу 48 источника 22 напряжения. Иными словами, один из управляемых переключателей 74, 76 активируется, когда происходит отсечка напряжения V10 питания посредством устройства 10 уменьшения яркости, в зависимости от полярности напряжения V10 питания или в зависимости от полярности соответственного полупериода напряжения V10 питания. Следовательно, направление тока 112 зависит от полярности напряжения V10 питания. Поэтому посредством устройства 60 возбуждения можно обеспечить значительную ступеньку или спадающий либо нарастающий фронт в выходном напряжении V14. Иными словами, сигнал на выходную клемму 44 подается при отсечке фазы входного напряжения.

На фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая выходное напряжение V14 устройств 40, 60 возбуждения и сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости. На нижней диаграмме согласно фиг. 4 изображены методом суперпозиции синусоидальное напряжение V10 питания (пунктирная линия) и выходное напряжение V14. В верхней части показан сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости, имеющий форму прямоугольного сигнала. Сигнал угла фазы устройства уменьшения яркости содержит крутые фронты, причем спадающий фронт показан в момент t1, а нарастающий фронт показан в момент t2, соответствующие фиг. 1b.

Выходное напряжение V14 демонстрирует в момент t1 определенную ступеньку напряжения или спадающий фронт 86 в момент t1, что обеспечивается блоком 46 управления током, 62. Выходное напряжение V14 содержит участок, имеющий пологий наклон до момента t2, когда переключатель 14 включается и выходное напряжение VI4 быстро снижается до нуля. Второй полупериод сигнала демонстрирует идентичный график, имеющий противоположную полярность. Второй полупериод сигнала демонстрирует в момент t2’ нарастающий фронт 88, идентичный спадающему фронту 86 первого полупериода сигнала в момент t2, выходное напряжение V14 демонстрирует второй нарастающий фронт в момент t2’, когда переключатель 14 включается и выходное напряжение V14 идентично напряжению V10 питания. Следовательно, ток 110, 112 шунта обеспечивает в выходном напряжении V14 нарастающий фронт 86 или спадающий фронт 88, который может быть легко обнаружен блоком 12 СИДов. Благодаря зарядным конденсаторам 30, 32 напряжение V14 демонстрирует пологий наклон между моментами t1 и t2.

Ток 110, 112 стока может вызывать тепловое напряжение в переключающие устройства 52, 74, 76. Часть этой тепловой энергии можно отводить в соответственные резисторы 54, 78, 80.

В альтернативном варианте осуществления резисторы 54, 78, 80 можно заменить замкнутой накоротко цепью. В случае, если приходится соединять с устройством 40, 60 возбуждения больше блоков СИДов, резистор 54 заменяют внешним резистором. По выбору, в устройстве 10 уменьшения яркости могут присутствовать несколько резисторов или компонентов, так что не все сопротивления замкнуты накоротко, когда не установлен внешний компонент.

Резисторы 78, 80 предусмотрены не только для снижения теплового напряжения переключателей 74, 76, но и для масштабирования фронта или ступеньки, согласно соответственной выходной нагрузке или соответственному блоку 12 СИДов. В качестве внешнего расширения можно также предусмотреть запоминающий элемент.

Чтобы снизить тепловое напряжение для устройства 10 уменьшения яркости, устройство возбуждения, в целом, может быть основано на аккумулировании и перемещении энергии из одного запоминающего элемента в другой. Например, поскольку выходная нагрузка представляет собой емкостную нагрузку, когда переключатель 14 выключен, для передачи электрической энергии от одного элемента (например, конденсаторов в лампах) к другому элементу (например, аккумулирующему энергию конденсатору в блоке 62 управления током) можно использовать дополнительный переключатель, индуктор и аккумулятор энергии. В подходящий момент времени эту энергию можно высвободить без потерь в цепь или блок 62 управления током.

В дополнительном варианте осуществления индуктор соединен последовательно с выходной клеммой 44, чтобы индуцировать ток, необходимый для быстрого изменения выходного напряжения V14.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, можно предусмотреть в качестве отдельного модуля блок управления напряжением, сравнимый с блоками 46, 62 управления током. Два модуля контроллеров напряжения схематически показаны на фиг. 5a и 5b.

На фиг. 5a схематически показан первый вариант осуществления блока 100 управления напряжением в соответствии с настоящим изобретением. Блок 100 управления напряжением содержит блок 46 управления током согласно фиг. 2b. Блок 100 управления напряжением содержит первую соединительную клемму 102 и вторую соединительную клемму 104 для соединения блока 100 управления напряжением с выходной клеммой 44 и с нейтральным проводом 48. Блок 100 управления напряжением дополнительно содержит измерительное средство 106 для измерения выходного напряжения V12 устройства 10 уменьшения яркости. Измерительное средство 106 представляет собой чувствительный вольтметр для идентификации изменения выходного напряжения V12, соответствующего выключению переключателя 14, как показано на фиг. 1b в момент t2. Измерительное средство 106 выдает сигнал 108 управления в управляемый переключатель 52 для включения управляемого переключателя 52. Следовательно, можно обеспечить значительное изменение, или ступеньку, или фронт выходного напряжения V12 посредством тока 110 шунта, выдаваемого блоком 46 управления током.

Поэтому блок 100 управления напряжением можно выполнить как отдельный модуль, который может быть соединен с существующим устройством уменьшения яркости и существующим модулем СИДов.

На фиг. 5b показан второй вариант осуществления блока 110 управления напряжением. Блок 110 управления напряжением содержит блок 62 управления током согласно фиг. 3b, первую соединительную клемму 112 для соединения блока 62 управления током с выходной клеммой 42 и вторую соединительную клемму 114 для соединения блока 62 управления током с входной клеммой 44. Кроме того, блок 110 управления напряжением содержит измерительное средство 116, соединенное с выходной клеммой 44, для измерения выходного напряжения V12 и для обнаружения изменения выходного напряжения, которое соответствует выключению переключателя 14 и указывает отсечку напряжения V12 питания. Измерительное средство 116 выдает два сигнала управления 118, 120 на управляемые переключатели 74, 76 наряду с сигналами управления 82, 84, показанными на фиг. 3b. Следовательно, блок 110 управления напряжением может быть соединен параллельно существующему устройству 10 уменьшения яркости как добавочный модуль и обеспечивает значительную и легко обнаруживаемую ступеньку или фронт, когда устройство 10 уменьшения яркости с отсечкой фазы отсекает входное напряжение V10, соответствующее моментам t1, t1’, согласно фиг. 4.

Поэтому блоки 100, 110 управления напряжением могут подавать сигнал на выходную клемму при отсечке фазы входного напряжения.

Хотя изобретение проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в вышеизложенном описании, такие иллюстрации и описание следует считать иллюстративными или возможными, а не ограничительными; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Исходя из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, специалисты в области практического воплощения заявляемого изобретения смогут понять и воплотить другие варианты осуществления.

В формуле изобретения слово «содержащий(ая, ее, ие)» не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множество. Одиночный элемент или иная единица конструкции может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые признаки изложены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что нельзя с выгодой использовать комбинацию этих признаков.

Компьютерную программу можно хранить или поставлять на подходящем носителе, таком, как оптический носитель информации или твердотельный носитель, поставляемый совместно с другими аппаратными средствами или как их часть, но возможна поставки и в других формах, таких, как через Internet, либо другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые обозначения позиций в формуле изобретения не следует считать ограничивающими объем притязаний.

Изобретение относится к блоку управления мощностью и соответствующему способу управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку, в частности в блок светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов. Техническим результатом является обеспечение контроллера напряжения для управления выходным напряжением блока преобразователя, обеспечивающего высокую эффективность и пониженные потери мощности. Результат достигается тем, что блок (40) управления мощностью для управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку, в частности в блок (12) светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов, содержит: блок (10) преобразователя, имеющий входную клемму (42) для приема входного напряжения (V10) от внешнего источника (22) питания и имеющий выходную клемму (44) для выдачи выходного напряжения (V14) для питания нагрузки, причем блок (10) преобразователя содержит переключающее устройство (14) для преобразования входного напряжения (V10) в выходное напряжение (V14); блок (20) управления, предназначенный для управления переключающим устройством (14); сигнальное средство (46), соединенное с выходной клеммой (44) для подачи сигнала напряжения или тока на выходную клемму (44), причем блок (20) управления соединен с сигнальным средством (46) и выполнен с возможностью управления сигнальным средством (46). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Блок (40; 60) управления мощностью, предназначенный для понижения напряжения внешнего источника питания (22) и для управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку (12), в частности в блок (12) светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов, причем упомянутый блок управления мощностью содержит:

блок (10) преобразователя, имеющий входную клемму (42) для приема входного напряжения (V10) от внешнего источника (22) питания и имеющий выходную клемму (44) для выдачи выходного напряжения (V14) для питания нагрузки (12), причем блок (10) преобразователя содержит переключающее устройство (14) для преобразования входного напряжения (V10) в выходное напряжение (V14);

блок (20) управления, предназначенный для управления переключающим устройством (14),

сигнальные средства (46; 62), соединенные с выходной клеммой (44) для подачи сигнала напряжения или тока на выходную клемму (44), причем блок (20) управления соединен с сигнальными средствами (46; 62) и выполнен с возможностью управления сигнальными средствами (46; 62).

2. Блок управления мощностью по п. 1, в котором входное напряжение (V10) является напряжением переменного тока, предпочтительно обеспечиваемым сетью (22), а блок (10) преобразователя является устройством отсечки фазы, причем переключающее устройство (14) предусмотрено для отсечки фазы напряжения (V10) переменного тока.

3. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором сигнальные средства (46; 62) содержат блок (46; 62) управления током для выдачи сигнала посредством управления током (110), снимаемым с выходной клеммы (44) или выдаваемым на выходную клемму (44).

4. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором блок (40; 60) управления мощностью содержит средства обнаружения для обнаружения выходного напряжения (V14).

5. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором сигнальные средства (46; 62) выполнены с возможностью управления кривой выходного напряжением (V14) и для задания наклона выходного напряжения (V14) равным заранее определенному уровню.

6. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором блок (20) управления выполнен с возможностью активации сигнальных средств (46; 62), когда выходное напряжение (V14) отсекается посредством переключающего устройства (14).

7. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором блок (46; 62) управления током содержит источник тока, который активируется блоком (20) управления.

8. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором сигнальные средства (46; 62) содержат управляемый переключатель (52; 74, 76), который активируется посредством блока (20) управления.

9. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором сигнальные средства подключены к потенциалу (48) нейтрали внешнего источника (22) питания.

10. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором сигнальные средства (62) содержат управляемый переключатель (74, 76), соединенный с зарядным конденсатором (66, 68), который соединен с входной клеммой (42), причем для зарядки конденсатора (66, 68) параллельно управляемому переключателю (74, 76) подключен диод (70, 72), и при этом управляемым переключателем (74, 76) управляет блок (20) управления.

11. Блок управления мощностью по п. 1 или 2, в котором сигнальные средства (62) содержат, параллельно блоку (10) преобразователя, два зарядных конденсатора (66, 68), каждый из которых последовательно соединен с одним диодом (70, 72), причем диоды расположены в противоположных направлениях прямого смещения для зарядки конденсаторов (66, 68) с разной полярностью, причем параллельно каждому из диодов (70, 72) подключен управляемый переключатель (74, 76), которым управляет блок (20) управления.

12. Контроллер (100; 110) напряжения для управления выходным напряжением (V12) блока (10) преобразователя для понижения напряжения внешнего источника питания и для управления электрической мощностью, выдаваемой на нагрузку, в частности в блок светоизлучающих диодов (СИДов), содержащий один или несколько СИДов, причем контроллер содержит:

первую соединительную клемму (112) для соединения контроллера (110) напряжения с выходом (44) устройства (10) возбуждения;

вторую соединительную клемму (114) для соединения контроллера (110) напряжения с нейтралью (48) или входной клеммой (42) блока (10) преобразователя;

сигнальные средства (62) для подачи сигнала напряжения или тока на первую соединительную клемму (112);

средства обнаружения (116) для обнаружения отсечки фазы выходного напряжения (V12), причем средства обнаружения (116) выполнены с возможностью управления сигнальными средствами (62) в зависимости от обнаруженной отсечки фазы,

при этом сигнальные средства (62) содержат два зарядных конденсатора (66, 68), каждый из которых соединен последовательно с одним диодом (70, 72), причем диоды (70, 72) расположены в противоположных направлениях прямого смещения для зарядки конденсаторов (66, 68) с разной полярностью, и при этом каждый из диодов (70, 72) подключен параллельно одному управляемому переключателю (74, 76), которым управляют средства обнаружения (116).