УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ ДЛЯ СХЕМЫ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к управлению твердотельными осветительными устройствами. Более конкретно различные способы и устройства согласно изобретению, описанные в настоящем документе, относятся к управлению коэффициентом мощности и эффективностью формирователя сигнала питания для устройства освещения.

Уровень техники

Цифровые технологии освещения, т.е. освещение, основанное на полупроводниковых источниках света, таких как светоизлучающие диоды (LED), представляют собой конкурентоспособную альтернативу обычным флуоресцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности (HID) и лампам накаливания. Функциональные преимущества и полезные эффекты LED включают в себя высокий уровень преобразования энергии и оптическую эффективность, долговечность, сниженные эксплуатационные затраты и многое другое. Недавние достижения в технологии LED обеспечили эффективные и надежные источники освещения с полным спектром, которые реализуют разнообразные световые эффекты во многих применениях. Некоторые из осветительных приборов, реализующих такие источники, имеют осветительный модуль, включающий в себя один или более LED, способные производить различные цвета, например красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления производительностью LED для формирования различных цветов и световых эффектов с изменением цвета, например, как подробно описано в патентах США № 6,016,038 и 6,211,626.

Обычно осветительный элемент на основе LED или нагрузка LED, которая включает в себя множество источников света на основе LED, такая как цепочка последовательно соединенных LED, управляется преобразователем мощности, который принимает напряжение и ток от источника питания-электросети. В качестве альтернативы, для снижения стоимости формирователя сигнала питания нагрузка LED может приводиться в действие непосредственно от источника питания-электросети, включая работу от переменного и постоянного тока. Однако приведение в действие переменным током непосредственно от источника питания-электросети имеет недостатки. Например, форма волны тока, подаваемого в нагрузку LED, имеет высокое пиковое значение по сравнению со средним значением. Таким образом, нагрузка LED приводится в действие со сниженной эффективностью из-за спада, а также из-за низкого коэффициента мощности. Кроме того, протекание тока возможно только когда мгновенное напряжение сети выше, чем прямое напряжение нагрузки LED. Поэтому могут быть относительно длительные периоды, в которые ток не течет в цепочку LED и не вырабатывается свет, что вызывает мерцание.

Для частичного решения этих вопросов между источником питания-электросетью и осветительным элементом может быть подсоединена схема выпрямителя, а параллельно с нагрузкой LED в пределах осветительного элемента может быть соединен конденсатор. Например, на Фиг. 1 показана принципиальная схема обычного осветительного элемента 100 на основе LED, который включает в себя мостовую схему 110 выпрямителя, нагрузку 160 LED и конденсатор 141, который действует в качестве элемента управления коэффициентом мощности (PFC), и сглаживающую схему 140. Конденсатор 141 параллельно соединен с нагрузкой LED 160, которая включает в себя резистор 163, последовательно соединенный с цепочкой из одного или более источников света типа LED, указанной в виде LED 161 и 162. Мостовая схема 110 выпрямителя соединена с источником 101 питания - электросетью через резистор 105 и включает в себя диоды 111-114. Таким образом, мостовая схема 110 выпрямителя выдает выпрямленное напряжение электросети или входное напряжение U_rect в схему 140.

Однако вследствие формы волны зарядки и разрядки тока I_C конденсатора, подаваемого в конденсатор 141, и формы волны напряжения электросети осветительный элемент 100 на основе LED обычно потребляет ток, например, для перезарядки конденсатора 141 в течение относительно короткого периода времени, что приводит к высоким пиковым значениям тока и низкому коэффициенту мощности. Кроме того, главным образом резистор 105, соединенный с источником 101 питания-электросетью, ограничивает как повторную, так и исходную зарядку конденсатора 141. Поэтому при исходном включении нагрузки 160 LED может иметь место избыточный пусковой ток. Например, если нагрузку 160 LED включают при пиковом значении напряжения электросети источника 101 питания-электросети, ток I_C конденсатора 141 может иметь относительно высокое значение по сравнению с работой в номинальном режиме. В результате, если нагрузка 160 LED не включает в себя несколько источников света, последовательно соединенных с одной схемой, что приводит к относительно низкому значению номинального рабочего тока LED за счет дополнительных компонентов осветительного элемента 100 на основе LED, даже относительно малого числа источников света будет достаточно для того, чтобы привести в действие магнитный расцепитель разъединителя цепи. Таким образом, число осветительных блоков 100 на основе LED, которые могут быть соединены в одну схему, может быть значительно меньшим (например, лишь 1/10 или даже 1/50) по сравнению с тем, которое можно ожидать в соответствии с номинальным значением тока.

С точки зрения эффективности и при рассмотрении отдельного источника света на основе LED форма волны тока не представляет собой проблему. Однако при рассмотрении большого числа источников света на основе LED высокие значения тока в короткий интервал времени вносят искажения в электросети питания и могут привести в действие разъединитель цепи (например, привести в действие быстродействующий магнитный расцепитель разъединителя цепи). Из-за искажения тока сети питания использование нагрузок LED с очень низкими коэффициентами мощности запрещено правилами. Например, в Европе минимальный требуемый коэффициент мощности может составлять 0,5, что может быть обеспечено с использованием вышеописанного решения, основанного на выпрямителе и конденсаторе. Однако в других регионах требуются относительно высокие значения коэффициента мощности, такие как 0,7 или выше, например 0,9.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в обеспечении приведения в действие переменным током осветительных элементов на основе LED непосредственно от источника питания-электросети, при этом поддерживая относительно высокие коэффициенты мощности. Кроме того, в данной области техники существует потребность в исключении избыточных значений пускового тока при исходном включении осветительных элементов на основе LED, приводимых в действие непосредственно от источника питания-электросети.

Сущность изобретения

Настоящее описание относится к устройствам и способам согласно изобретению, использующим источник динамически модулированного тока, соединенный последовательно с конденсатором в осветительном элементе LED для формирования тока конденсатора, повышая таким образом коэффициент мощности осветительного элемента LED, при этом повышая или доводя до максимального значения эффективность, а также снижая импульсную рассеиваемую мощность в источнике тока. Кроме того, источник модулированного тока ограничивает входной ток, не позволяя осветительному элементу LED привести в действие разъединитель цепи.

В общем, в одном аспекте предложено устройство управления током для твердотельной осветительной нагрузки, причем устройство включает в себя конденсатор и источник тока. Конденсатор соединен в параллельном соединении с твердотельной осветительной нагрузкой. Источник тока последовательно соединен с параллельным соединением конденсатора и твердотельной осветительной нагрузки, причем источник тока выполнен с возможностью динамической модуляции амплитуды входного тока, подаваемого в параллельное соединение конденсатора и твердотельной осветительной нагрузки, на основании входного напряжения.

В другом аспекте предложено устройство управления током для светодиодной (LED) нагрузки, причем устройство включает в себя конденсатор, транзистор и схему управления модуляцией. Конденсатор параллельно соединен нагрузкой LED. Транзистор последовательно соединен между конденсатором и мостовой схемой выпрямителя, обеспечивающей выпрямленное входное напряжение. Схема управления модуляцией соединена параллельно с конденсатором и транзистором и выполнена с возможностью приема выпрямленного входного напряжения из мостовой схемы выпрямителя. Схема управления модуляцией включает в себя токовое зеркало, соединенное с затвором транзистора, причем токовое зеркало активируется и деактивируется по выбору для модуляции с понижением и повышением амплитуды тока через конденсатор на основании входного напряжения от мостовой схемы выпрямителя.

В другом аспекте предложен способ управления током для твердотельной осветительной нагрузки. Способ включает в себя этапы, на которых принимают входное напряжение, имеющее форму волны; и регулируют модуляцию амплитуды тока конденсатора для конденсатора, соединенного параллельно с твердотельной осветительной нагрузкой, в ответ на, по меньшей мере, одно из формы волны принятого входного напряжения и временной задержки формы волны принятого входного напряжения. При регулировке модуляции амплитуды тока конденсатора изменяют, по меньшей мере, одно из коэффициента мощности и эффективности работы твердотельной осветительной нагрузки.

В контексте настоящего документа, в целях настоящего описания понятие «LED» следует понимать как включающее в себя любой электролюминесцентный диод или другой вид системы на основе инжекции носителей/перехода, способной формировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, понятие LED включает в себя, не ограничиваясь, различные полупроводниковые структуры, которые испускают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные полосы и тому подобное. В частности, понятие LED относится к светоизлучающим диодам всех видов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть выполнены с возможностью формирования излучения в одном или более из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных участков видимого спектра (включая, в общем, излучения с длиной волны от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры LED включают в себя, не ограничиваясь, различные виды LED инфракрасного излучения, LED ультрафиолетового излучения, LED красного свечения, LED синего свечения, LED зеленого свечения, LED желтого свечения, LED янтарного свечения, LED оранжевого свечения и LED белого свечения (дополнительно описаны ниже). Также следует понимать, что LED могут быть конфигурированы и/или управляемы для формирования излучения, имеющего различные значения ширины спектральной полосы (например, полную ширину на половине максимума или FWHM) для конкретного спектра (например, малую ширину спектральной полосы, большую ширину спектральной полосы), и различные преобладающие значения длины волны в пределах конкретной общей категоризации цвета.

Например, один вариант реализации LED, выполненного с возможностью формирования по существу белого цвета (например, LED белого свечения) может включать в себя несколько кристаллов, которые соответственно испускают различные спектры электролюминесценции, которые в сочетании смешиваются для формирования по существу белого цвета. В другом варианте реализации LED белого свечения может быть связан с люминесцентным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой, второй спектр. В одном примере данного варианта реализации электролюминесценция с относительно малой длиной волны и малой шириной спектральной полосы «накачивает» люминесцентный материал, который, в свою очередь, испускает излучение с большей длиной волны, имеющее несколько более широкий спектр.

Также следует понимать, что понятие LED не ограничивает физические и/или электрические виды сборки LED. Например, как описано выше, LED может означать одиночное светоизлучающее устройство, имеющее множество кристаллов, которые выполнены с возможностью соответственно испускать излучение в различных спектрах (например, которые могут или не могут быть управляемыми по отдельности). Также LED может быть связан с люминесцентным материалом, который рассматривается в качестве неотъемлемой части LED (например, некоторые виды LED белого свечения). В общем, понятие LED может относиться к LED в корпусе, LED без корпуса, LED поверхностного монтажа, LED для монтажа на плате, LED с Т-образным корпусом, LED с корпусом с радиальными выводами, к LED в рассеивающем большую мощность корпусе, LED, включающим в себя какой-либо корпусный и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу) и т.п.

Понятие «источник света» следует понимать как относящееся к одному или более из различных источников излучения, включая, но не ограничиваясь, источники на основе LED (включающие в себя один или более LED, как определено выше), источники с элементом накаливания (например, лампы накаливания, галогеновые лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцирующие источники, источники на основе разряда высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалоидные лампы), лазеры, другие виды электролюминесцентных источников, пиролюминесцентные источники (например, факел), свечелюминесцентные источники (например, калильные сетки, угольные дуговые источники излучения), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), источники с катодной люминесценцией, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кинелюминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Конкретный источник света может быть выполнен с возможностью формирования электромагнитного излучения в пределах видимого спектра, за пределами видимого спектра или в сочетании обоих упомянутых спектров. Таким образом, понятия «свет» и «излучение» используются в настоящем документе взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может в качестве неотъемлемого компонента включать в себя один или более фильтров (например, цветные фильтры), линзы или другие оптические компоненты. Также следует понимать, что источники света могут быть конфигурированы для различных применений, включая, но не ограничиваясь, индикацию, отображение и/или освещение. «Источник освещения» представляет собой источник света, который, в частности, выполнен с возможностью формирования излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или наружного пространства. В данном контексте «достаточная интенсивность» подразумевает достаточную мощность излучения в видимом спектре, формируемого в пространстве или окружении (для обозначения общего светового выхода источника света во всех направлениях с точки зрения мощности излучения или «светового потока» часто используется единица «люмен») для обеспечения окружающего освещения (то есть света, который может восприниматься опосредованно и может, например, отражаться от одной или более из различных лежащих на его пути поверхностей перед тем, как он будет полностью или частично воспринят).

Понятие «спектр» следует понимать как подразумевающее одну или более частот (или длин волн) излучения, вырабатываемого одним или более источниками света. Соответственно, понятие «спектр» подразумевает частоты (или длины волн) не только в видимом диапазоне, но также частоты (или длины волн) в инфракрасном, ультрафиолетовом и других частях общего спектра электромагнитных излучений. Также конкретный спектр может иметь относительно малую ширину спектральной полосы (например, FWHM, имеющую по существу мало частотных составляющих или составляющих по длине волны) или относительно большую ширину спектральной полосы (несколько частотных составляющих или составляющих по длине волны, имеющих разную относительную интенсивность). Также следует понимать, что конкретный спектр может быть результатом смешивания двух или более других спектров (например, смешивания излучения, соответственно испускаемого множеством источников света).

Понятие «осветительный прибор» используется в настоящем документе для обозначения варианта реализации или конфигурации одного или более осветительных элементов с конкретным формфактором, компоновкой или сборкой. Понятие «осветительный элемент» используется в настоящем документе для обозначения устройства, включающего в себя один или более источников света одного и того же вида или различных видов. Конкретный осветительный элемент может иметь одну из различных конфигураций монтажа для источника(ов) света, конфигураций и форм оболочки/корпуса и/или конфигураций электрического и механического соединения. Кроме того, конкретный осветительный элемент может при необходимости быть связан с (например, включать в себя, быть соединенным и/или находиться в одной сборке с) различными другими компонентами (например, с управляющей схемой), относящимися к работе источника(ов) света. «Осветительный элемент на основе LED» обозначает осветительный элемент, который включает в себя один или более источников света на основе LED, описанных выше, по отдельности или в сочетании с другими источниками света не на основе LED. «Многоканальный» осветительный элемент относится к осветительному элементу на основе LED или не на основе LED, который включает в себя по меньшей мере два источника света, выполненных с возможностью соответственно формировать излучение в различных спектрах, причем каждый различный спектр источника может называться «каналом» многоканального осветительного элемента.

Понятие «контроллер» используется в настоящем документе в общем для описания различных устройств, относящихся к работе одного или более источников света. Контроллер может быть реализован множеством способов (например, такой как специализированное аппаратное обеспечение) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. «Процессор» представляет собой один пример контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микропрограммы) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. Контроллер может быть реализован с использованием или без использования процессора и также может быть реализован в виде сочетания специализированного аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанной с ним схемы) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах выполнения настоящего изобретения включают в себя, не ограничиваясь, обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые логические интегральные схемы (FPGA).

В различных вариантах реализации процессор или контроллер могут быть связаны с одним или более запоминающим носителем (называемым в общем «запоминающим устройством», например энергозависимым и энергонезависимым компьютерным запоминающим устройством, таким как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, гибкие диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых вариантах реализации запоминающий носитель может быть кодирован одной или более программами, которые при выполнении в одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют по меньшей мере некоторые из функций, описанных в настоящем документе. Различные запоминающие носители могут быть закреплены в процессоре или контроллере или могут быть переносными таким образом, что одна или более программ, сохраненных в них, могут быть загружены в процессор или контроллер для реализации различных аспектов настоящего изобретения, описанного в настоящем документе. Понятия «программа» или «компьютерная программа» используются в настоящем документе в общем смысле для обозначения любого вида компьютерного кода (например, программного обеспечения или микропрограммы), которые могут быть использованы для программирования одного или более процессоров или контроллеров.

Понятие «адресуемый» используется в настоящем документе для обозначения устройства (например, источника света в общем, осветительного элемента или прибора, контроллера или процессора, связанного с одним или более источников света или осветительных элементов, других устройств, не относящихся с освещению и т.п.), которое выполнено с возможностью приема информации (например, данных), предназначенной для множества устройств, включающих в себя данное устройство, и для реагирования по выбору на конкретную информацию, предназначенную для него. Понятие «адресуемый» часто используется в связи с сетевым окружением (или «сетью», дополнительно описанной ниже), в котором множество устройств соединены вместе какой-либо средой или средами связи.

В одном сетевом варианте реализации одно или более устройств, соединенных с сетью, могут служить в качестве контроллера для одного или более других устройств, соединенных с сетью (например, в отношениях «главный/подчиненный»). В другом варианте реализации сетевое окружение может включать в себя один или более специализированных контроллеров, которые выполнены с возможностью управления одним или более устройствами, соединенными с сетью. В общем, каждое из множества устройств, соединенных с сетью, может иметь доступ к данным, которые имеются в средстве или средствах связи; однако конкретное устройство может быть «адресуемым», поскольку оно выполнено с возможностью по выбору обмениваться данными (например, принимать данные и/или передавать данные) с сетью на основании, например, одного или более конкретных назначенных ему идентификаторов (например, «адресов»).

Понятие «сеть» в контексте настоящего документа относится к любой взаимосвязи двух или более устройств (включая контроллеры или процессоры), которая способствует переносу информации (например, для управления устройством, хранения данных, обмена данными и т.п.) между любыми двумя или более устройствами и/или среди множества устройств, соединенных с сетью. Как следует понимать, различные варианты реализации сетей, подходящих для соединения между собой множества устройств, могут включать в себя любую из различных сетевых топологий и использовать любой из различных протоколов связи. Кроме того, в различных сетях согласно настоящему описанию любое соединение между двумя устройствами может представлять специализированное соединение между двумя системами или, в качестве альтернативы, неспециализированное соединение. В дополнение к переносу информации, предназначенной для двух устройств, такое неспециализированное соединение может переносить информацию, не обязательно предназначенную для какого-либо из двух устройств (например, открытое сетевое соединение). Кроме того, следует понимать, что различные сети устройств, описанные в настоящем документе, могут использовать одно или более беспроводных, проводных/кабельных и/или оптоволоконных соединений, способствующих переносу информации по сети.

Понятие «пользовательский интерфейс» в контексте настоящего документа означает интерфейс между пользователем или оператором-человеком и одним или более устройств, который обеспечивает возможность связи между пользователем и устройством(ами). Примеры таких пользовательских интерфейсов, которые могут быть использованы в различных вариантах реализации настоящего изобретения, включают в себя, не ограничиваясь, переключатели, потенциометры, клавиши, диски, ползунки, мышь, клавиатуру, кнопочную панель, различные виды игровых устройств управления (например, джойстики), шаровые манипуляторы, экраны отображения, различные виды графических пользовательских интерфейсов (GUI), сенсорные экраны, микрофоны и другие виды датчиков, которые могут принимать какую-либо форму формируемого человеком стимула и формировать сигнал в ответ.

Следует понимать, что все сочетания вышеприведенных подходов и дополнительные подходы, более подробно описанные ниже (при условии, что такие подходы не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть изобретения, описанного в настоящем документе. В частности, все сочетания признаков заявляемого изобретения, приведенные в конце настоящего описания, подразумеваются частью изобретения, раскрытого в настоящем документе. Также следует понимать, что терминологию, явным образом используемую в настоящем документе, которая также может быть приведена в любом описании, включенном в настоящий документ путем ссылки, следует понимать в значении, которое более всего соответствует конкретным подходам, раскрытым в настоящем документе.

Краткое описание чертежей

На чертежах подобные ссылочные позиции в общем относятся к одним и тем же элементам на различных видах. Также чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо чего основное внимание уделяется в общем иллюстрации принципов настоящего изобретения.

На Фиг. 1 приведена принципиальная схема обычного устройства управления током для схемы LED.

На Фиг. 2 приведена принципиальная схема устройства управления током для схемы LED согласно примерному варианту выполнения.

На Фиг. 3 приведена принципиальная схема устройства управления током для схемы LED согласно примерному варианту выполнения.

На Фиг. 4 приведена принципиальная схема устройства управления током для схемы LED согласно примерному варианту выполнения.

На Фиг. 5 показаны кривые входного тока и формы волны тока LED, обеспечиваемые устройством управления током для схемы LED согласно примерному варианту выполнения.

На Фиг. 6 приведен график, иллюстрирующий смоделированную работу устройства управления током для схемы LED согласно примерному варианту выполнения.

Осуществление изобретения

Заявитель в общем осознал и оценил полезность поддержания высоких коэффициентов мощности и эффективности при приведении в действие осветительных элементов на основе LED непосредственно от источника питания-электросети. Кроме того, заявитель осознал и оценил полезность исключения избыточных пусковых токов при исходном включении осветительных элементов на основе LED, приводимых в действие непосредственно от источника питания-электросети.

Ввиду вышесказанного, различные варианты выполнения и реализации настоящего изобретения относятся к формирователю сигнала питания для осветительного элемента на основе LED, который выполняет активное формирование над входным током. То есть формирователь сигнала питания включает в себя источник тока, который выполнен с возможностью динамической модуляции амплитуды входного тока в ответ на форму волны входного напряжения, хотя могут быть использованы и другие входные критерии. Например, амплитуду входного тока можно модулировать в ответ на временную задержку или сочетание временной задержки и формы волны входного напряжения, не выходя за рамки объема настоящего описания. Соответственно, ток конденсатора, соединенного параллельно с осветительным элементом на основе LED, является активно управляемым и формируемым для достижения значения, зависимого от времени или состояния. Применение другой формы волны тока (например, имеющей другие амплитуды) влияет на коэффициент мощности и электрическую эффективность осветительного элемента на основе LED таким образом, что источники света LED могут быть «настроены» на желаемый коэффициент мощности при сохранении высокой эффективности. Также может быть снижена импульсная рассеиваемая мощность в источнике тока. Приводное устройство может быть использовано, например, в модернизационных светодиодных лампах с малым потреблением мощности и модулях с более высокими коэффициентами мощности.

На Фиг. 2 приведена принципиальная схема устройства управления током для твердотельной осветительной нагрузки, такой как схема LED, согласно примерному варианту выполнения.

Как показано на Фиг. 2, осветительный элемент 200 на основе LED включает в себя мостовую схему 210 выпрямителя, схему 240 управления коэффициентом мощности (PFC) и сглаживания и нагрузку 260 LED. Мостовая схема 210 выпрямителя соединена с источником 201 питания-электросетью через резистор 205 и включает в себя диоды 211-214. Мостовая схема 210 выпрямителя, таким образом, выдает выпрямленное напряжение U_rect электросети в схему 240 PFC и сглаживания. Как может быть очевидно специалисту в данной области техники, некоторые варианты реализации осветительного элемента 200 на основе LED также могут включать в себя дополнительные компоненты. Например, для соблюдения определенных нормативов по искажениям в электросети питания могут иметься элементы защиты от избыточного напряжения, такие как предохранители, конденсаторы фильтрации шума, средство тепловой защиты, интерфейсы связи и тому подобное. Однако эти дополнительные элементы не будут подробно описаны ради ясности описания.

Схема 240 PFC и сглаживания включает в себя источник 245 тока, конденсатор 241 и диод 242. Источник 245 тока последовательно соединен между положительным выходом мостовой схемы 210 выпрямителя и узлом N1 для приема выпрямленного входного напряжения U_rect и выдачи тока I_C конденсатора. Диод 242 параллельно соединен с источником 245 тока между положительным выходом мостовой схемы 210 выпрямителя и узлом N1. Диод 242 может быть, например, диодом Зенера и включен в схему для защиты источника 245 тока от перенапряжения. Например, без диода 242 большой всплеск напряжения (например, в несколько раз более высокий, чем нормальное выпрямленное напряжение U_rect электросети) вызвал бы высокое напряжение в источнике 245 тока. На практике компоненты источника 245 тока (примеры которых описаны ниже со ссылкой на Фиг. 4) имеют ограничения по номинальному напряжению, и поэтому диод 242 выбирают таким образом, чтобы не превышать номинальное напряжение, установленное для этих компонентов. В одном варианте выполнения диод 242 не принимает на себя ток перенапряжения, а перегружает модуляцию источника 245 тока для активного сдерживания входного напряжения U_rect. В данной ситуации ограничение входного тока обеспечивается главным образом резистором 205.

Конденсатор 241 последовательно соединен между узлом N1 и землей и таким образом отделен от входа схемы 210 выпрямителя источником 245 тока. Конденсатор 241 также параллельно соединен с нагрузкой 260 LED, которая включает в себя резистор 263, полосу из одного или более источников света LED, представленную примерными LED 261 и 262. Нагрузка 260 LED соединена между узлом N1 и землей и таким образом соединена параллельно с конденсатором 241. В показанной конфигурации резистор 205 и источник 245 тока определяют величину входного тока I_In, поступающего от источника 201 питания-электросети, который обеспечивает соответственно ток I_C конденсатора (то есть ток зарядки конденсатора и ток разрядки конденсатора) через конденсатор 241 и ток I_LED LED через нагрузку 260 LED.

Активное влияние источника 245 тока на ток I_C конденсатора обеспечивает возможность формирования тока I_C конденсатора и установки таким образом коэффициента мощности в схеме 240 PFC и сглаживания. Ток I_C конденсатора не является фиксированным, а динамически изменяется в зависимости от времени и/или состояния. В самом деле, ввиду интегрирующего поведения конденсатора 241 в процесс может быть вовлечена некоторая временная составляющая. В данном примере ток I_C конденсатора изменяется в соответствии с формой волны входного напряжения U_rect от источника 201 питания-электросети и мостовой схемы 210 выпрямителя, хотя понятно, что ток I_C конденсатора может в качестве альтернативы изменяться в соответствии с другими и/или дополнительными критериями, такими как временная задержка, как упоминалось выше. Например, измеряют мгновенное значение входного напряжения U_rect и используют его в качестве управляющего сигнала для источника 245 тока. В ответ на форму волны входного напряжения U_rect источник 245 тока модулирует амплитуду входного тока I_In, что приводит к соответствующей модуляции амплитуды тока, выдаваемого в параллельное соединение конденсатора 141 и нагрузки 260 LED, указываемого соответственно как ток I_C конденсатора и ток I_LED LED. В простом случае амплитуда входного тока I_In (начиная с заданного уровня) модулируется с повышением (увеличивается) или модулируется с понижением (уменьшается) в ответ на увеличения и уменьшения мгновенного входного напряжения U_rect соответственно. При условии относительно стабильного значения тока I_LED LED можно обнаружить, что эта модуляция является в высокой степени модуляцией тока I_C конденсатора.

Кроме того, пусковой ток I_LED LED для нагрузки 260 LED, то есть ток при исходном соединении нагрузки 260 LED с источником 201 питания-электросетью после предшествующего выключения, эффективным образом ограничен. То есть даже при запуске ток I_LED LED ограничен номинальным значением, за счет чего полностью исключается эффект пускового тока. Эта активная функция ограничения тока является результатом того, что нагрузка 260 LED параллельно соединена с конденсатором 241. Во-первых, входной ток I_IN в параллельное соединение конденсатора 241 и нагрузки 260 LED является ограниченным, и, во-вторых, конденсатор 241 действует как обход для более высокочастотных компонентов для нагрузки 260 LED. Поэтому нагрузка 260 LED эффективно защищена от пускового тока. Также ограничение входного тока I_IN предотвращает приведение в действие разъединителей цепи, как упоминалось выше.

На Фиг. 3 приведена принципиальная схема устройства управления током для твердотельной осветительной нагрузки, такой как схема LED, согласно примерному варианту выполнения.

Как показано на Фиг. 3, осветительный элемент 300 на основе LED включает в себя мостовую схему 310 выпрямителя, схему 340 PFC и сглаживания и нагрузку 360 LED, которые аналогичны мостовой схеме 210 выпрямителя, схеме 240 PFC и сглаживания и нагрузке 260 LED, описанным выше со ссылкой на осветительный элемент 200 на основе LED. Однако схема 340 PFC и сглаживания по Фиг. 3 включает в себя источник 345 тока, конденсатор 341 и диод 342, причем источник 345 тока соединен с отрицательным выходом мостовой схемы 310 выпрямителя. Источник 345 тока последовательно соединен между узлом N2 и землей и управляет модуляцией тока I_C конденсатора для конденсатора 341 и током I_LED LED в ответ на форму волны входного напряжения U_rect, как описано выше. В остальном конфигурация и работа осветительного элемента 300 на основе LED является по существу той же, что описана выше в отношении осветительного элемента 200 на основе LED. Диод 342 параллельно соединен с источником 345 тока между выходом на землю мостовой схемы 310 выпрямителя и узлом N2. Как описано выше, диод 342 может быть, например, диодом Зенера и включен в схему для защиты от перенапряжения источника 345 тока и нагрузки 360 LED.

На Фиг. 4 приведена принципиальная схема устройства управления током для твердотельной осветительной нагрузки, такой как схема LED, согласно примерному варианту выполнения. Более конкретно, на Фиг. 4 показан иллюстративный вариант реализации схемы PFC и сглаживания, обозначенной как схема 440 PFC и сглаживания, согласно примерному варианту выполнения.

Как показано на Фиг. 4, осветительный элемент 400 на основе LED включает в себя мостовую схему 410 выпрямителя, схему 440 PFC и сглаживания и нагрузку 460 LED. Мостовая схема 410 выпрямителя соединена с источником 401 питания-электросетью через резистор 505 и включает в себя диоды 411-414. Мостовая схема 410 выпрямителя, таким образом, выдает выпрямленное напряжение U_rect электросети в схему 440 PFC и сглаживания. Кроме того, Фиг. 4 включает в себя (факультативные) конденсаторы 406 и 407 переменного тока для демонстрации возможности изменения входного каскада. Хотя показаны два примерных конденсатора 406 и 407, следует понимать, что могут присутствовать один или более конденсаторов. Когда конденсаторы входного каскада не используются, входной ток электросети непосредственно подается в мостовой выпрямитель 410, как показано перемычкой X3.

Схема 440 PFC и сглаживания включает в себя источник 445 тока и конденсатор 441, причем источник 445 тока соединен с отрицательным выходом мостовой схемы 410 выпрямителя, как описано выше в отношении источника 345 тока, показанного на Фиг. 3. Однако следует понимать, что источник 445 тока по Фиг. 4 может, в качестве альтернативы, быть соединен с положительным выходом мостовой схемы 410 выпрямителя, как описано выше в отношении источника 245 тока, показанного на Фиг. 2, не выходя за рамки объема настоящего описания. Конденсатор 441 параллельно соединен с нагрузкой 460 LED, которая включает в себя резистор 463 и примерный источник 461 напряжения LED, соединенный последовательно.

Источник 445 тока схемы 440 PFC и сглаживания включает в себя схему 471 источника тока и схему 472 опорного уровня. Схема 471 источника тока модулирует входной ток I_In и включает в себя переключатель или транзистор 442, последовательно соединенный между конденсатором 441 и землей. Транзистор 442 показан в виде полевого транзистора «металл-оксид-полупроводник» (MOSFET), хотя в схему могут быть включены и другие виды транзисторов, такие как биполярный плоскостной транзистор (BJT), не выходя за рамки объема настоящего описания. Схема 471 источника тока также включает в себя резистор 458, диод 448 и конденсатор 449, описанные ниже. Схема 472 опорного уровня определяет номинальный, немодулированный входной управляющий сигнал для схемы 471 источника тока и включает в себя резисторы 446 и 447 и диод 457, который может быть, например, диодом Зенера.

Резистор 446 и диод 457 в общем формируют опорное напряжение, которое устанавливается посредством резистора 447, и входной управляющий сигнал схемы 471 источника тока. В частности, входной управляющий сигнал стробируют в транзистор 442 и схему 450 управления модуляцией, которая включает в себя токовое зеркало 459, которое активируется по выбору в ответ на работу перемычки X1. То есть когда перемычка X1 закрыта, а перемычка X2 открыта, токовое зеркало 459 активируется, что приводит к модуляции с понижением (более низкой амплитуде) входного тока I_In. Когда перемычка X2 закрыта, а перемычка X1 открыта, токовое зеркало 459 деактивируется и ток I_mr приведет к модуляции с повышением (более высокой амплитуде) входного тока I_In.

Более конкретно, схема 450 управления модуляцией включает в себя резистор 453 и диод 456, который может быть диодом Зенера, последовательно соединенным между положительным выходом мостовой схемы 410 выпрямителя (для приема входного напряжения U_rect) и узлом N1. Узел N1 соединен с землей через первую и вторую цепи. Первая цепь включает в себя резистор 454, по выбору последовательно соединенный с транзистором 451 токового зеркала 459 через первую перемычку X1. Вторая цепь включает в себя резистор 455, последовательно соединенный по выбору с транзистором 452 токового зеркала 459 через первую перемычку X2. Транзисторы 451 и 452 изображены как BJT в целях пояснения, но могут быть любым видом из различных видов транзисторов, включая, например, полевые транзисторы (FET), не выходя за рамки объема настоящего описания. Транзистор 451 имеет коллектор, соединенный с первой перемычкой X1, эмиттер, соединенный с землей, и базу, соединенную с коллектором транзистора 451 и с базой транзистора 452. Транзистор 452 имеет коллектор, соединенный со второй перемычкой X2, эмиттер, соединенный с землей, и базу, соединенную с базой и коллектором транзистора 451.

Что касается транзистора 442 схемы 471 источника тока, его затвор соединен с узлом N2, который является коллектором транзистора 452. Транзистор 442 дополнительно включает в себя сток, соединенный с конденсатором 441 через диод 444, и исток, соединенный с землей через резистор 458 токового шунта, который обеспечивает сопротивление токового шунта. Конденсатор 449 и диод 448, который может быть диодом Зенера, соединены параллельно друг другу между затвором и истоком транзистора 452. Кроме того, резистор 446 соединен между диодом 444 и узлом N3. Резистор 447 соединен между узлами N3 и N4, который является затвором транзистора 442. Диод 457, который может быть диодом Зенера, соединен между узлом N3 и землей. Следует отметить, что схема 440 PFC и сглаживания может также включать в себя диод защиты от перенапряжения, такой как диод 342 по Фиг. 3, который может быть соединен параллельно с транзистором 442, параллельно с последовательным соединением транзистора 442 и резистора 458, параллельно с резистором 446 или в любой другой конфигурации, подходящей для ограничения напряжения через транзистор 442. Однако ради ясности описания диод защиты от перенапряжения не показан на Фиг. 4.

В показанной иллюстративной конфигурации напряжение затвора транзистора 442, напряжение U_{GS_442} «затвор-исток» транзистора 442 и резистор 458 определяют верхний предел тока через транзистор 442 и, таким образом, верхний предел входного тока I_In при нормальной работе, т.е. когда защита от чрезмерного напряжения не является активной. Напряжение U_{G_442} на затворе транзистора 442 обычно подается через диод 457 и резисторы 446 и 447. Поскольку затвор транзистора 442 в некоторой степени разъединен с напряжением диода 457 посредством резистора 447, существует возможность манипулирования напряжением U_{G_442} на затворе и, таким образом, входным током I_In. Входной ток I_In модулируют с повышением или понижением на определенное значение, когда входное напряжение U_rect превышает пороговое значение напряжения, определяемое диодом 456. Как только пороговое значение напряжения превышено, выполняется модуляция с понижением через резистор 454 и активированное токовое зеркало 459 путем закрытия X1 и/или выполняется модуляция с повышением через резистор 455 путем закрытия второй перемычки X2.

В различных вариантах выполнения может осуществляться активное управление функциональностью, указанное на Фиг. 4 примерными перемычками X1 и X2. Например, X1 и X2 могут быть заменены управляемыми переключателями или другими средствами для активирования и деактивирования левой и правой цепей тока соответственно, не выходя за рамки объема настоящего описания. Состояние (например, уровень входного напряжения U_rect), при котором активируется любая из модуляции с повышением и/или с понижением, может в таком случае быть выбрано посредством дополнительных элементов схемы (не показаны), таких как микропроцессор, процессор или контроллер.

На Фиг. 4 показан универсальный вариант реализации, в котором возможны модуляции как с повышением, так и с понижением для обеспечения максимальной гибкости. Разумеется, могут быть предусмотрены альтернативные варианты реализации, обеспечивающие возможность только модуляции с повышением или с понижением, не выходя за рамки объема настоящего описания. Например, специализированный вариант выполнения, например предназначенный для определенного рынка с известными нормативами гармоник электросети, может требовать обеспечения только модуляции с повышением для достижения желаемого сочетания эффективности, коэффициента мощности и гармоник электросети. В таком случае, например, не будет необходимости в токовом зеркале 459.

При необходимости большей гибкости, вместо извлечения сигнала модуляции с повышением или с понижением из общего сигнала напряжения, формируемого в узле N1 могут быть добавлены один или более диодов Зенера (не показаны), например, параллельно диоду 456, таким образом, чтобы уровень входного напряжения U_rect, при котором начинается модуляция с повышением, отличался от уровня входного напряжения U_rect, при котором начинается модуляция с понижением. В результате входной управляющий сигнал для схемы 471 источника тока может быть базовым опорным сигналом от схемы 472 опорного уровня до тех пор, пока входное напряжение U_rect ниже какого-либо из пороговых значений. Входной управляющий сигнал модулируют с повышением, когда входное напряжение U_rect выше первого порогового значения, но ниже второго порогового значения, и модулируют с понижением, когда входное напряжение U_rect выше второго порогового значения. В данной конфигурации уровни первого и второго пороговых значений должны быть установлены соответственно (например, путем выбора надлежащих диодов), а «интенсивность» модулирующего сигнала определяется значениями резисторов 454, 455 и 447, участвующими в модуляции с повышением и с понижением, которые могут быть различными для обеспечения уникальных полезных эффектов для любой конкретной ситуации или для соответствия расчетным требованиям, предъявляемым конкретным применением в различных вариантах реализации, что очевидно специалисту в данной области техники.

В описанных вариантах выполнения токовое зеркало имеет соотношение 1:1 между токами на коллекторах транзисторов 451 и 452. Некоторое количество энергии, связанной с формированием тока на коллекторах из входного напряжения, может быть сэкономлено при использовании токового зеркала с другим соотношением, например при использовании большего числа транзисторов или других элементов схемы.

Обращаясь вновь к Фиг. 4, в качестве примера работы осветительного элемента 400 на основе LED можно предположить, что перемычка X1 закрыта, а перемычка X2 открыта, что обеспечивает возможность модуляции с понижением амплитуды входного тока I_In. В частности, исходный запрограммированный ток I₀ показан в уравнении (1), где U₄₅₇ - напряжение на диоде 457, U_{GS_442} - напряжение «затвор-исток» транзистора 442, и R₄₅₈ - сопротивление резистора 458:

(1)

С левой стороны токового зеркала 459 ток I_ml транзистора 451 токового зеркала 459 показан в уравнении (2), где U₄₅₆ - напряжение на диоде 456, U_{BE_452} - напряжение «база-эмиттер» транзистора 452, R₄₅₃ - сопротивление резистора 453 и R₄₅₄ - сопротивление резистора 454:

(2)

Как правило, значением U_{BE_452} в 0,7 В можно пренебречь. Вследствие конфигурации токового зеркала 459 то же значение тока I_ml обеспечено с правой стороны токового зеркала 459 как ток I_mr, которое равно току I_{C_452} на коллекторе транзистора 452. Ток I_{C_452} на коллекторе пропускают через разъединительный резистор 447, что приводит к пропорциональному падению напряжения. Таким образом, оставшееся напряжение U_{G_442} транзистора 442 снижается, и таким образом ограничивается оставшийся входной ток I_In, как показано в уравнении (3):

(3)

Разумеется, подобное уравнение можно получить для модуляции с повышением, когда перемычка X1 открыта и перемычка X2 закрыта. Кроме того, значения различных составляющих, исходный (максимальный) входной ток In и степень модуляции с понижением могут быть различными, что обеспечивает уникальные полезные эффекты для любой конкретной ситуации или для соответствия расчетным требованиям, предъявляемым конкретным применением в различных вариантах реализации, что очевидно специалисту в данной области техники. Например, в целях иллюстрации, не ограничивающие значения различных компонентов по Фиг. 4 могут быть следующими: конденсаторы 406 и 407 могут иметь емкость 1000 нф и 680 нф соответственно, а резистор 405 может иметь сопротивление 100 Ом. В схеме 440 PFC и сглаживания конденсатор 441 может иметь емкость 5 мкф, конденсатор 449 может иметь емкость 1 нф, резистор 453 может иметь сопротивление 200 кОм, резистор 446 может иметь сопротивление 39 кОм, и резистор 447 может иметь сопротивление 22 кОм. Кроме того, транзисторы 451 и 452 токового зеркала могут представлять собой биполярные транзисторы обратной проводимости (NPN BJT), а транзистор 442 может представлять собой n-канальный полевой транзистор «металл-оксид-полупроводник» (NMOS MOSFET). В различных альтернативных конфигурациях транзисторы 451 и 452 могут быть биполярными транзисторами прямой проводимости (PNP BJT) и/или их коллекторы и эмиттеры могут быть инвертированы, а транзистор 442 может быть p-канальным полевым транзистором «металл-оксид-полупроводник» (PMOS MOSFET) и/или его исток и сток могут быть инвертированы. В нагрузке 460 LED резистор может иметь сопротивление 470 Ом, а источник 461 напряжения нагрузки LED может представлять собой последовательное соединение множества спаек LED, имеющих подходящее высокое прямое напряжение, например около от 60 до 130 В при работе от сети переменного тока 120 В. Источник 461 нагрузки LED включен для того, чтобы представлять общее поведение нагрузки LED, имеющей относительно ограниченный диапазон рабочего входного напряжения, например, по сравнению с резистором. И все же источник 461 напряжения нагрузки LED будет иметь некоторое резистивное поведение. Это резистивное поведение может быть достаточным для реализации функциональности, обозначенной резистором 463 на Фиг. 4, хотя также может иметь место случай, когда функциональность, обозначенная резистором 463, реализуется внутренним резистивным поведением источника 461 напряжения нагрузки LED и дополнительным сопротивлением (например, дорожки с сопротивлением на печатной плате или резистором).

Как указано выше, могут быть использованы и другие входные критерии кроме формы волны входного напряжения, такие как временная задержка или сочетание временной задержки и формы волны входного напряжения, не выходя за рамки объема настоящего описания. Например, источник тока может приводиться в действие в соответствии с формой волны, но с определенной временной задержкой. В примерной конфигурации временная задержка может быть реализована через задержку на резисторе/конденсаторе, например, включая конденсаторы 406 и 407 по Фиг. 4, или через реальную схему «записи и проигрывания» для регистрации формы волны за один цикл, ее смещения по времени и использования сигнала со смещением по времени для модуляции в более поздней части этого цикла или в любом последующем цикле.

На Фиг. 5 показаны кривые входного тока и формы волны тока LED, обеспечиваемые устройством управления током в схеме LED согласно примерному варианту выполнения.

Как показано на Фиг. 5, кривая 515 показывает форму волны примерного входного тока I_In, а кривая 525 показывает результирующую форму волны примерного тока I_LED LED, где схема 440 PFC и сглаживания обеспечивает интенсивную модуляцию с понижением. Например, кривая 525 может получиться, когда перемычка X1 закрыта и перемычка X2 открыта, активируя токовое зеркало 459 схемы 440 PFC и сглаживания. Полезный эффект модуляции с понижением заключается в уменьшении тока при максимальной разности напряжений между входным напряжением U_rect и напряжением конденсатора на транзисторе 442. Эта разность напряжений представляет собой напряжение отпускания на источнике 445 тока, которое в большой степени является напряжением на транзисторе 442. При снижении входного тока I_In при таком высоком уровне входного напряжения U_rect рассеивание энергии на источнике 445 тока ограничено и таким образом повышается эффективность. Разумеется, некоторое среднее значение входного тока I_In должно быть подано на нагрузку 460 LED. Более высокий входной ток I_In при более низких уровнях входного напряжения U_rect обеспечивает более высокое значение тока зарядки (тока I_C конденсатора) для конденсатора 441 для достижения желаемого уровня среднего тока I_LED LED в нагрузку 460 LED. При такой модуляции с понижением повышается эффективность, а пиковая тепловая нагрузка (термическое напряжение) источника 445 тока полезным образом снижается. Кроме того, уменьшается мерцание нагрузки 460 LED, поскольку общая зарядка конденсатора 441 эффективным образом разбивается на две части, что приводит к уменьшению пульсации напряжения на конденсаторе 441 и таким образом к уменьшенной пульсации тока I_LED LED. Кроме того, пульсация тока I_LED LED содержит более высокочастотные составляющие, к которым менее чувствителен человеческий глаз.

На Фиг. 6 приведен график, иллюстрирующий смоделированную работу устройства управления током в схеме LED согласно примерному варианту выполнения. В частности, на Фиг. 6 показаны рабочие точки (например, включая один или более конденсаторов 460, 407 на стороне переменного тока) в диапазоне от эффективности около 92 процентов при коэффициенте мощности около 0,58 до эффективности около 75 процентов при коэффициенте мощности около 0,85, обозначенные черными ромбами. Дополнительные модели работы показывают рабочие точки (например, без конденсаторов на стороне переменного тока) в диапазоне от эффективности около 83 процентов при коэффициенте мощности около 0,56 до эффективности около 72 процентов при коэффициенте мощности около 0,91, обозначенные черными квадратами. С целью сравнения на Фиг. 6 также показана существующая рабочая точка при квазипостоянном токе, обозначенная черным кружком, и данные измерений, обозначенные незакрашенными кружками.

При том, что в настоящем документе были описаны и проиллюстрированы несколько вариантов выполнения изобретения, специалистами в данной области техники будет с легкостью установлено множество различных прочих средств и/или структур для выполнения функций и/или достижения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящем документе, и подразумевается, что каждая из таких вариаций и/или модификаций находится в рамках объема вариантов выполнения изобретения, описанных в настоящем документе. В более общем плане, специалистам в данной области техники будет с легкостью понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, подразумеваются в качестве примерных и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, в которых используются сведения, раскрытые в описании изобретения. Специалистами в данной области техники будет признано или установлено, используя лишь стандартные методы исследования, множество эквивалентов для конкретных вариантов выполнения изобретения, описанных в настоящем документе. Таким образом, следует понимать, что вышеприведенные варианты выполнения представлены лишь в качестве примера и что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов на практике могут быть осуществлены другие варианты выполнения изобретения по сравнению с теми, которые конкретно описаны и заявлены. Варианты выполнения изобретения, раскрытые в настоящем описании, относятся к каждому отдельному признаку, системе, предмету, материалу, набору и/или способу, описанным в настоящем документе. Кроме того, любое сочетание двух или более таких признаков, систем, предметов, материалов, наборов и/или способов, если такие признаки, системы, предметы, материалы, наборы и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включено в объем изобретения согласно настоящему описанию.

Все определения, установленные и используемые в настоящем документе, следует понимать как относящиеся к словарным определениям, определениям по документам, включенным в настоящий документ путем ссылки и/или общепринятым значениям определенных терминов.

Формы единственного числа, используемые в настоящем документе в описании и формуле изобретения, следует понимать как «по меньшей мере одно», если явным образом не указано иное.

Словосочетание «и/или», используемое в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, следует понимать как «любой или оба» из элементов, соединенных таким образом, т.е. как элементы, которые в некоторых случаях присутствуют вместе, а в других случаях присутствуют по отдельности. Элементы во множественном числе, перечисленные с «и/или», следует понимать таким же образом, т.е. «один или более» из элементов, соединенных таким образом. При необходимости могут присутствовать другие элементы кроме тех элементов, которые конкретно определены с использованием словосочетания «и/или», как связанные с этими конкретно определенными элементами, так и не связанные с ними. Так, в качестве неограничивающего примера, упоминание «А и/или Б» при использовании вместе с неисчерпывающим перечнем, вводимым словом «содержащий», может в одном варианте выполнения подразумевать только А (при необходимости включая прочие элементы кроме Б); в другом варианте выполнения - только к Б (при необходимости включая прочие элементы кроме А); в другом варианте выполнения - к А и Б (при необходимости включая прочие элементы) и т.д.

В контексте настоящего документа в описании и формуле изобретения «или» следует понимать как имеющее то же значение, что и «и/или», как определено выше. Например, при разделении элементов в списке «или» или «и/или» следует понимать как неисключающие, т.е. как включение по меньшей мере одного, но также и включение более одного, из числа или перечня элементов, и при необходимости также дополнительных неперечисленных элементов. Только понятия, явным образом указывающие на обратное, такие как «только одно из», или «в точности одно из», или, при использовании в формуле изобретения, «состоящий из», будут означать включение в точности одного элемента из числа или перечня элементов. В общем, понятие «или» в контексте настоящего документа следует истолковывать как указывающее на взаимоисключающие альтернативы (т.е. «одно или другое, но не оба»), только когда ему предшествуют исключающие понятия, такие как «любое» «одно из», «только одно из» или «в точности одно из». Словосочетание «состоящий по существу из» при употреблении в формуле изобретения имеет то значение, в котором его обычно понимают в области патентного права.

В контексте настоящего документа в описании и в формуле изобретения словосочетание «по меньшей мере один» в отношении перечня из одного или более элементов следует понимать как указывающее на по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или более элементов, входящих в перечень элементов, но не обязательно включающее в себя по меньшей мере один каждый элемент из конкретно перечисленных в перечне элементов и не исключающее каких-либо сочетаний элементов из перечня элементов. Это определение также допускает присутствие при необходимости других элементов кроме элементов, конкретно определенных в перечне элементов, к которому относится словосочетание «по меньшей мере один», как связанных с конкретно определенными элементами, так и не связанных с ними.

Следует также понимать, что, если явным образом не указано обратное, в любых способах, заявленных в настоящем документе, которые включают в себя один или более этапов или действий, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничен тем порядком, в котором перечислены этапы или действия способа.

Любые ссылочные позиции или другие обозначения, приведенные в круглых скобках в формуле изобретения, предусмотрены лишь для удобства и не предназначены для ограничения формулы каким-либо образом.

В формуле изобретения, а также в вышеприведенном описании все переходные фразы, такие как «содержащий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «содержащий», «использующий», «вмещающий», «состоящий из» и им подобные, следует понимать как не исчерпывающие, то есть в значении включения перечисленного, но не ограничения им. Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий по существу из» следует понимать как переходные фразы, обозначающие соответственно закрытый или наполовину закрытый перечень.

Устройство управления током для твердотельной осветительной нагрузки включает в себя конденсатор (241, 341) и источник (245, 345) тока. Конденсатор соединен в параллельном соединении с твердотельной осветительной нагрузкой (260, 360). Источник тока последовательно соединен с параллельным соединением конденсатора и твердотельной осветительной нагрузки. Источник тока выполнен с возможностью динамической модуляции амплитуды входного тока, подаваемого в параллельное соединение конденсатора и твердотельной осветительной нагрузки, на основании входного напряжения. Технический результат - повышение коэффициента мощности и эффективности осветительного элемента. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство управления током для твердотельной осветительной нагрузки, причем упомянутое устройство содержит:

конденсатор (241, 341), соединенный в параллельном соединении с твердотельной осветительной нагрузкой (260, 360); и

источник (245, 345) тока, последовательно соединенный между положительным выходом схемы выпрямителя и параллельным соединением конденсатора и твердотельной осветительной нагрузки, причем источник тока выполнен с возможностью динамической модуляции амплитуды входного тока, подаваемого в параллельное соединение конденсатора и твердотельной осветительной нагрузки, на основании входного напряжения, обеспеченного схемой выпрямителя.

2. Устройство по п. 1, в котором твердотельная осветительная нагрузка содержит по меньшей мере один последовательно соединенный светоизлучающий диод (LED).

3. Устройство по п. 2, в котором модулированная амплитуда входного тока максимально увеличивает эффективность работы твердотельной осветительной нагрузки и повышает коэффициент (PF) мощности твердотельной осветительной нагрузки до по меньшей мере минимального требуемого PF.

4. Устройство по п. 2, в котором модулированная амплитуда входного тока снижает импульсную рассеиваемую мощность в источнике тока.

5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:

диод Зенера, обеспечивающий защиту от перенапряжений источника тока, соединенный параллельно с источником тока.

6. Устройство по п. 1, в котором источник тока содержит полевой транзистор «металл-оксид-полупроводник» (MOSFET).

7. Устройство по п. 1, в котором источник тока содержит биполярный плоскостной транзистор (BJT).

8. Устройство управления током для светодиодной (LED) нагрузки, причем упомянутое устройство содержит:

конденсатор (441), соединенный параллельно с нагрузкой (460) LED;

транзистор (442), последовательно соединенный между конденсатором и мостовой схемой (410) выпрямителя, обеспечивающей выпрямленное входное напряжение; и

схему (450) управления модуляцией, соединенную параллельно с конденсатором (441) и транзистором (442) и выполненную с возможностью приема выпрямленного входного напряжения из мостовой схемы (410) выпрямителя, причем схема управления модуляцией содержит токовое зеркало (459), соединенное с затвором транзистора, причем токовое зеркало активируется и деактивируется по выбору для модуляции с понижением и повышением амплитуды тока через конденсатор на основании входного напряжения от мостовой схемы выпрямителя.

9. Устройство по п. 8, в котором токовое зеркало содержит множество транзисторов токового зеркала.

10. Устройство по п. 9, в котором схема управления модуляцией дополнительно содержит:

первый резистор и диод, последовательно соединенные между мостовой схемой выпрямителя и первым узлом;

первую цепь, соединенную между первым узлом и землей, причем первая цепь содержит второй резистор и токовое зеркало; и

вторую цепь, соединенную между первым узлом и землей, причем вторая цепь содержит третий резистор и один из транзисторов токового зеркала упомянутого токового зеркала,

причем выбор первой цепи вызывает понижающую модуляцию тока через конденсатор, а выбор второй цепи вызывает повышающую модуляцию тока через конденсатор.

11. Устройство по п. 10, в котором схема управления модуляцией дополнительно содержит:

диод, последовательно соединенный между первым резистором и первым узлом, причем ток через конденсатор модулируется с повышением или понижением, когда входное напряжение превышает пороговое значение напряжения, заданное диодом.

12. Устройство по п. 9, в котором транзистор содержит MOSFET.

13. Устройство по п. 12, в котором каждый из транзисторов токового зеркала содержит биполярный плоскостной транзистор (BJT).

14. Устройство по п. 12, в котором схема управления модуляцией дополнительно содержит:

резистор токового шунта, последовательно соединенный между транзистором и землей, причем напряжение затвор-исток транзистора и резистор токового шунта определяют верхний предел тока через транзистор.

15. Устройство по п. 8, дополнительно содержащее:

по меньшей мере один конденсатор, выполненный с возможностью соединения по выбору с мостовой схемой выпрямителя для изменения входного напряжения.