УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЗКОЙ С ПОЛЯРНО-ЗАВИСИМОЙ ЦЕПЬЮ ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H05B33/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству управления и соответствующему способу управления нагрузкой, в частности к светодиодному блоку, содержащему один или более светодиодов. Дополнительно, настоящее изобретение относится к осветительному устройству.

Предшествующий уровень техники

В области управляющих устройств (драйверов) светодиодов для автономных приложений, таких как ретрофитные лампы, требуются решения, которые среди других важных преимуществ имеют высокую эффективность, высокую удельную мощность, длительный срок службы, высокий коэффициент мощности и низкую стоимость. Хотя практически все существующие решения содержат одно или другое требование, важно, чтобы предлагаемые схемы управления соответствующим образом преобразовывали форму энергии сети в форму, требуемую для светодиодов, сохраняя при этом согласованность с настоящими и будущими требованиями к силовым сетям. Дополнительно требуется, чтобы схемы управления были согласованы с существующими средствами регулирования мощности, например диммерами или подобными им, чтобы устройства управления можно было использовать универсальным образом, в качестве ретрофитного управляющего устройства, содержащего светодиодные блоки.

Схемы управления должны быть согласованы со всеми видами диммеров и, особенно, драйверы должны быть согласованы с диммерами с фазовой отсечкой, которые предпочтительно используются для регулирования мощности сети с низкой потерей мощности. Диммеры, которые обычно используются для регулирования мощности сети, подаваемой на лампы накаливания, нуждаются в пути (тракте) с низкоимпедансной нагрузкой, чтобы рабочий ток схемы синхронизации регулировал время отсечки фазы. В ином случае, когда данный путь обеспечен непрерывно, создание и разрыв такого пути в некоторых участках периода сетевого напряжения также может приводить к стабильной работе. Создание данного низкоимпедансного пути должно регулироваться по отношению к точке пересечения нуля сетевым напряжением. Чтобы своевременно создать данный низкоимпедансный путь, точка пересечения нуля обычно обнаруживается схемой управления ламп в течение времени, когда она находится в высокоимпедансном состоянии. Такое обнаружение пересечения нуля является сложным и требует больших технических усилий, и если к цепи одного диммера подсоединено большое количество светодиодных блоков, технические усилия увеличиваются в связи с необходимым увеличением импеданса каждого отдельного светодиодного блока.

Документ WO 2009/121956 Al описывает осветительное устройство, содержащее светодиодный модуль и блок выпрямителя для подсоединения светодиодного блока к схеме диммера. Для создания тока делителя напряжения светодиодный блок содержит делитель напряжения, соединенный параллельно со светодиодным блоком. Для создания тока делителя напряжения в конкретный момент времени выпрямления переменного тока, блок делителя напряжения управляется блоком управления, который соединен со светодиодами. Такой блок управления является сложным и коэффициент мощности всего осветительного устройства снижается из-за тока делителя напряжения.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать устройство управления и соответствующий способ управления нагрузкой, в частности, светодиодным блоком, содержащим один или более светодиодов, и обеспечить совместимость с различными диммерами, в частности с диммерами с фазовой отсечкой с небольшим техническим усилием. Дополнительно, задачей настоящего изобретения является создание соответствующего осветительного устройства.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечивается устройство управления, которое содержит:

- входные клеммы для принятия входного напряжения от внешнего источника энергии для питания нагрузки,

- средство соединения для соединения входных клемм друг с другом и для создания токового пути, зависящего от полярности входного напряжения, причем средство соединения содержит первый токовый путь для соединения входных клемм в первом направлении тока и второй токовый путь для соединения входных клемм во втором направлении тока, противоположном первому направлению тока, при этом каждый, первый и второй, токовый путь содержит блок управления током для управления током делителя напряжения в соответствующем токовом пути и при этом каждый, первый и второй, токовый путь содержит средство разъединения для блокировки тока делителя напряжения в соответствующем токовом пути в обратном направлении, противоположном соответствующему направлению тока.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения обеспечен способ управления нагрузкой, в частности светодиодным блоком, содержащим один или более светодиод, при этом способ управления содержит следующие этапы, в которых:

- на входные клеммы подается входное напряжение от внешнего источника питания,

- входные клеммы соединяются друг с другом с помощью средства соединения,

- обеспечивается токовый путь для тока делителя напряжения в прямом направлении, от первой из входных клемм ко второй из входных клемм или от второй к первой входной клемме, в зависимости от полярности входного напряжения, и

- ток делителя напряжения блокируется в обратном направлении токового пути, противоположном прямому направлению.

В соответствии с еще другим аспектом настоящего изобретения обеспечивается осветительное устройство, содержащее осветительный модуль, содержащий один или более осветительных блоков, в частности светодиодный блок, содержащий один или более светодиодов, и устройство управления для управления упомянутым осветительным модулем, как определено в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявляемый способ имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления по заявляемому устройству и как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее создания управляющего устройства, имеющего высокоимпедансный путь и низкоимпедансный путь, при этом переключение с высокоимпедансного пути на низкоимпедансный путь синхронизируется с периодом подаваемого питания, в частности сетевого напряжения. Низкоимпедансный путь создается после пересечения нуля сетевым напряжением. Пересечение нуля активно не обнаруживается, но низкоимпедансный путь подготавливается в течение одного полупериода сетевого напряжения и автоматически включается при пересечении нуля при изменении полярности напряжения. Соответствующий низкоимпедансный путь включается с помощью блока управления током, при этом средства разъединения блокируют схему в течение первого полупериода и включают соответствующую схему автоматически после изменения полярности при пересечении нуля. В результате не требуется обнаруживать пересечение нуля и не требуется измерять напряжение в высокоимпедансном режиме управляющего устройства. Таким образом, управляющее устройство, в соответствии с настоящим изобретением, совместимо с различными диммерами, в частности с диммерами с фазовой отсечкой, и может быть создано с небольшими техническими усилиями. Чтобы управлять током в соответствующем токовом пути, блоки управления током предпочтительно содержат управляемый переключатель, в частности транзистор, аналогичный биполярному или МОП-транзистору.

В предпочтительном варианте осуществления для управления блоками управления током обеспечен блок управления. Это простое решение для включения и выключения соответствующего пути в некоторые моменты времени или на основе некоторых событий.

В дополнительном варианте осуществления, по меньшей мере, одна из входных клемм подсоединена к блоку преобразователя напряжения, который подсоединен к внешнему источнику питания, при этом преобразователь напряжения является устройством с фазовой отсечкой, для отсечки фазы входного напряжения и для подачи переменного напряжения c фазовой отсечкой на устройство управления. Данный вариант осуществления обеспечивает высокий коэффициент мощности и низкие потери мощности благодаря отсечке фазы сетевого напряжения.

В предпочтительном варианте осуществления средства разъединения содержат диод в токовом пути для блокировки тока делителя напряжения в обратном направлении и для пропускания тока делителя напряжения в прямом направлении. Это обеспечивает простое, дешевое и эффективное устройство, создающее полярно-зависимую токовую цепь, предназначенное для разъединения соответствующей цепи в обратном направлении.

В предпочтительном варианте осуществления средства соединения содержат средства ограничения тока для ограничения тока делителя напряжения. Это обеспечивает простое и эффективное решение по ограничению тока делителя напряжения, позволяющее избегать преждевременных отказов в результате износа из-за больших токов делителя напряжения.

В дополнительном варианте осуществления для измерения тока нагрузки, создаваемого в нагрузке, обеспечены средства измерения тока, при этом блок управления выполнен с возможностью управления блоками управления током на основе измеряемого тока нагрузки. Это обеспечивает эффективное решение для обнаружения некоторого события или временной точки с целью активации или дезактивации блока управления током и оптимизации синхронизации блока управления током. В частности, блок управления током активируется, когда ток нагрузки уменьшается приблизительно до нуля. Это оптимизирует эффективность устройства управления и повышает коэффициент мощности.

В варианте осуществления для измерения тока делителя напряжения обеспечены средства измерения тока, при этом блок управления выполнен с возможностью управления блоками управления током на основе измеряемого тока делителя напряжения. Это обеспечивает простое решение для управления током блока управления и настройки синхронизации блока управления током. В частности, соответствующий токовый путь отключается, когда ток делителя напряжения увеличивается или достигает заданного уровня. В результате эффективность устройства управления и коэффициент мощности могут быть увеличены.

В варианте осуществления блок управления выполнен с возможностью управления блоками управления током на основе фазового угла входного напряжения, который обнаруживается средством обнаружения фазового угла. Это обеспечивает простое решение для отключения соответствующего токового пути, когда на входе обнаруживается фаза напряжения, при этом диммер создает входное напряжение в соответствии с сетевым напряжением и оптимизирует синхронизацию токовых путей.

В варианте осуществления блок управления выполнен с возможностью активировать один из блоков управления в течение первого полупериода входного напряжения и дезактивировать блок управления током при обнаружении фазового угла в течение второго полупериода входного напряжения. Это обеспечивает оптимальное решение для создания низкоимпедансного токового пути, когда диммер отключает напряжение на входе от сетевого напряжения, например, между пересечением нуля и установленной фазой включения в случае самого современного диммера. В соответствии с данным вариантом осуществления для обеспечения низкоимпедансного пути может быть достигнута оптимальная синхронизация.

В данном варианте осуществления блок управления выполнен с возможностью активировать блоки управления током первого и второго токового пути попеременно, в зависимости от полярности входного напряжения. Это простое решение для каждого из соответствующих полупериодов входного напряжения создает полярно-зависимые токовые пути с небольшими техническими усилиями.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления блок управления содержит, по меньшей мере, один элемент хранения сигнала для генерации сигнала активации и/или дезактивации в блоке управления током на основе времени обнаружения того, когда ток нагрузки достигает или превосходит заданный уровень. В этом случае требуется, чтобы блок управления был первоначально синхронизирован, причем любые последующие импульсы направляются на соответствующий другой переключатель. Это обеспечивает простую возможность синхронизировать все устройство управления с фазой входного напряжения. Предпочтительно, элемент хранения сигнала содержит триггер-блок. Это обеспечивает простую возможность точно синхронизировать устройство управления.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления содержит, по меньшей мере, один элемент хранения сигнала для генерации сигнала активации и/или дезактивации блока управления на основе времени обнаружения того, когда ток делителя напряжения достигает или превышает заданный уровень. Это обеспечивает дополнительное простое решение для синхронизации соответствующего токового пути с входным напряжением и обеспечивает высокий коэффициент мощности управляющего устройства.

Как упоминалось ранее, настоящее изобретение создает низкоимпедансный токовый путь, зависящий от полярности входного напряжения, с помощью простого технического средства и обеспечивает решение для создания устройства управления, совместимого с диммером с фазовой отсечкой для ретрофитной светодиодной лампы. С помощью попеременного переключения блоков управления током соответствующего пути в состояние активации или дезактивации, в зависимости от полярности входного напряжения, каждый путь подготавливается, в то время как элемент разъединения, в частности диод, блокирует соответствующий путь и активирует путь после пересечения нуля и соответствующей смены полярности входного напряжения. В результате низкоимпедансный путь может создаваться с незначительными техническими усилиями в течение одного полупериода входного напряжения, начиная точно с пересечения нуля входного напряжения.

Краткое описание чертежей

Данные и другие аспекты изобретения наглядно объяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный в дальнейшем в данном документе. На следующих чертежах,

фиг. 1 - блок-схема известного устройства управления для соединения светодиодного блока с диммером с фазовой отсечкой, включаяющая в себя обнаружение пересечения нуля,

фиг. 2a - показана блок-схема первого варианта осуществления полярно-зависимого делителя напряжения,

фиг. 2b - блок-схема второго варианта осуществления полярно-зависимого делителя напряжения,

фиг. 3a - подробная блок-схема управляющего устройства, включающего в себя два полярно-зависимых токовых пути делителя напряжения,

фиг. 3b - подробная блок-схема альтернативного варианта осуществления на фиг 3a,

фиг. 4 - подробная блок-схема варианта осуществления устройства управления в соответствии с фиг. 3a,

фиг. 5 - подробная блок-схема устройства управления в соответствии с фиг. 3, включающего в себя токочувствительные электрические схемы,

фиг. 6 - блок-схема блока управления для управления полярно-зависимым устройством делителя напряжения,

фиг. 7 - схема, иллюстрирующая формы сигналов токов и напряжений устройств управления, показанных на фиг. 3a и 3b,

фиг. 8 - блок-схема, иллюстрирующая этапы настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан вариант осуществления известного устройства 10 управления для управления светодиодным блоком 12 и для подсоединения светодиодного блока 12 через диммерное устройство 14 к внешнему источнику 16 питания, такому как электрическая сеть. Внешний источник 16 питания создает переменное напряжение V10 (например, напряжение сети) на диммерном устройстве 14. Диммерное устройство 14 представляет собой диммер с фазовой отсечкой, содержащий конденсатор 18 и регулируемый резистор 22 для определения момента времени, когда выход диммерного устройства 14 подсоединяется к сетевому напряжению V10. Резистор 22 может регулироваться для задания фазового угла, создаваемого диммерным устройством 14. RC (резистивно-ёмкостная) цепь, образованная конденсатором 18 и резисторами 20, подсоединена к первому переключающему устройству 24, такому как динистор, который подсоединен ко второму переключающему устройству 26, такому как симистор. Второе переключающее устройство 26 соединено с внешним источником 16 питания и соединяет напряжение V10 с выходом диммерного устройства 14. Когда напряжение на конденсаторе 18 достигает некоторого значения, первое переключающее устройство 24 создает импульс тока на втором переключающем устройстве 26, которое соединяет внешний источник 16 питания с выходом диммера и создает напряжение V10 на устройстве 10 управления. В результате диммерное устройство 14 отсекает фазу напряжения V10 и создает на выходной клемме 28 напряжение с фазовой отсечкой, которое служит в качестве входного напряжения V12 для устройства 10 управления.

Устройство 10 управления содержит блок 30 выпрямителя для выпрямления входного напряжения V12 в однополярное напряжение V14. Устройство 10 управления дополнительно содержит блок 32 измерения напряжения, соединенный с входной клеммой 34 устройства 10 управления для обнаружения пересечения нуля входного напряжения V12. Устройство 10 управления дополнительно содержит устройство 36 делителя напряжения, содержащее управляемый переключатель 38 и резистор 40. Устройство 36 делителя напряжения создает токовый путь для выпрямителя 30 с помощью переключения управляемого переключателя 38, причем устройство 36 делителя напряжения включается с помощью блока 32 измерения напряжения, который управляет управляемым переключателем 38 с помощью управляющего сигнала. В результате устройство 36 делителя напряжения может включаться или выключаться на определенные периоды времени с помощью блока 32 измерения напряжения.

Следовательно, чтобы создать ток делителя напряжения и постоянный токовый путь на диммерном устройстве 14, устройство 10 управления обнаруживает пересечение нуля входного напряжения V12 и включает устройство 36 делителя напряжения с помощью управляемого переключателя 38.

Как правило, устройство 10 управления согласуется с диммерным устройством 14 с помощью создания частично непрерывного во времени токового пути через устройство 10 управления к диммерному устройству 14, однако, пересечение нуля напряжением V12 должно измеряться с помощью блока 32 измерения напряжения, который накладывает ограничения на осуществимый импеданс в высокоимпедансном состоянии. В частности, если к устройству 10 управления в качестве нагрузки 12 подсоединено множество светодиодных блоков, каждый из блоков измерения напряжения 32 в каждом светодиоде нагружает диммер и, следовательно, нежелательным образом уменьшает импеданс. Чтобы это скомпенсировать, каждый блок 32 измерения напряжения должен быть обеспечен очень высоким входным импедансом. Следовательно, данное известное устройство 10 управления является технически сложным и дорогостоящим для его производства в ретрофитных светодиодных лампах.

На фиг. 2a показана блок-схема первого варианта осуществления настоящего изобретения. Идентичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций и подробно объяснены только отличия от схемы, показанной на фиг. 1.

Полярно-зависимый делитель 50a напряжения подсоединен к выходной клемме 28 диммерного устройства 14, к потенциалу 52 нейтрали и к входной клемме 54 нагрузки 12. Ток I1 нагрузки подается от диммерного устройства 14 через полярно-зависимый делитель 50a напряжения к нагрузке 12. Полярно-зависимый делитель 50a напряжения подает ток I2 делителя напряжения, зависящий от полярности входного напряжения V12. Полярно-зависимый делитель 50a напряжения подсоединен к выходной клемме 28 и к входной клемме 54 нагрузки 12 и обеспечен измеряющим средством для измерения тока I1 нагрузки. Полярно-зависимый ток I2 делителя напряжения управляется с помощью полярно-зависимого делителя 50a напряжения на основе измеряемого тока I1 нагрузки. Следовательно, ток I2 делителя напряжения может создаваться в зависимости от тока I1 нагрузки и полярности входного напряжения V12. В ином случае, ток в проводе нейтрали 52, идущий от и к нагрузке 12, может подаваться через полярно-зависимый делитель 50а напряжения вместо или дополнительно к току I1.

На фиг. 2b показана блок-схема второго варианта осуществления настоящего изобретения. Идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами, при этом здесь подробно описаны только различия. Выходная клемма 28 диммерного устройства 14 подсоединена к входной клемме 54 нагрузки 12. Полярно-зависимый делитель 50b напряжения подсоединен к выходной клемме 28 диммерного устройства 14 и к нейтрали 52. Поскольку полярно-зависимый делитель 50b напряжения не может измерять ток I1 нагрузки, чтобы обеспечить информацию о токе нагрузки I1 для создания и регулировки тока делителя 12 напряжения в варианте осуществления, в котором он зависит от тока I1 нагрузки, создается отдельная линия 56 сигнала от нагрузки 12 к полярно-зависимому делителю 50b напряжения. Обнаружение полярности может выполняться в полярно-зависимом делителе 50b напряжения или с участием нагрузки 12 и передаваться сигналом 56 или дополнительными сигналами в любом направлении, от полярно-зависимого делителя напряжения 50b к нагрузке 12 или от нагрузки 12 к полярно-зависимому делителю 50b напряжения.

Таким образом, полярно-зависимый делитель 50b напряжения создает ток I2 делителя напряжения, зависящий от полярности входного напряжения V12 и полученной информации о токе нагрузки I1.

Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает различающиеся возможности по созданию полярно-зависимого тока I2 делителя напряжения на основе тока I1 нагрузки и на основе полярности входного напряжения V12.

На фиг. 3a показана подробная блок-схема устройства 60 управления для питания нагрузки 12. Устройство 60 управления содержит блок 62 выпрямителя и полярно-зависимый делитель 64 напряжения, включающий в себя первый токовый путь 66 и второй токовый путь 68.

Чтобы запитать нагрузку 12, выпрямитель 62 содержит четыре диода 70, 72, 74, 76 для выпрямления переменного входного напряжения V12 и получения напряжения V14 выпрямителя. Данное выпрямление на входе присутствует во многих драйверах светодиодов. Здесь полярно-зависимый делитель 64 напряжения довольно тесно объединяется с участком, управляющим нагрузкой, таким образом, что функциональные участки, например выпрямляющие диоды 74 и 76, используются и для переноса тока нагрузки, и переноса тока делителя напряжения. В ином случае, полярно-зависимый делитель напряжения 64 может снабжаться полностью независимой электрической цепью.

Нагрузка 12 содержит диод 78, первый зарядный конденсатор 80 и второй зарядный конденсатор 82, параллельно соединенные со светодиодным блоком 84, и индуктивный элемент 86, соединяющий диод 78 со светодиодным блоком 84.

Первый токовый путь 66 и второй токовый путь 68, каждый, содержит управляемый переключатель 88, 90, диод 92, 94 и средство, ограничивающее ток, показанное как резистор 96, 98. Первый токовый путь 66 параллельно соединен с диодом 70 в блоке 60 выпрямителя. В блоке 60 выпрямителя диод 92 первого токового пути 66 подсоединен в направлении, противоположном диоду 70.

Токовый путь 68 параллельно соединен с диодом 72 в блоке 60 выпрямителя. В блоке 60 выпрямителя диод 94 второго токового пути 68 подсоединен в направлении, противоположном диоду 70.

Управляемые переключатели 88, 90 токовых путей 66, 68 управляются блоком управления (не показано).

Как объясняется далее, первый и второй токовые пути 66, 68 включаются и выключаются управляемыми переключателями 88, 90 на основе тока I1 нагрузки и других входных сигналов. Ток I1 нагрузки измеряется, например, с помощью измерения напряжения на диоде 78. Когда после зарядки конденсаторов 80, 82 ток I1 нагрузки снижается до заданного значения, предпочтительно близкого к нулю, а полярность входного напряжения V12 является положительной, управляемый переключатель 88 первого токового пути 66 замыкается. В данном состоянии диод 92 блокирует ток делителя напряжения в течение данного полупериода входного напряжения V12. После того как напряжение V10 пересекает нуль, входное напряжение V12 изменяет полярность, диод 92 становится электропроводящим и создается начальный ток I3 делителя напряжения. В результате первый токовый путь 66 передает ток I3 цепи синхронизации, что обеспечивает корректную функциональность диммерного устройства 14. Первый ток I3 делителя напряжения имеет направление, противоположное относительно диода 70, и направление, противоположное относительно тока I1 нагрузки.

В момент времени в течение второго полупериода напряжения V10 диммерное устройство 14 подает напряжение V10 на устройство 60 управления. Данное входное напряжение V12 вызывает зарядный ток в диодах 72 и 74, имеющих противоположную полярность. В это время управляемый переключатель 88 разомкнут и первый токовый путь 66 отключен. После того как ток I1 нагрузки снижается до заданного значения, например, близкого к нулю, управляемый переключатель 90 второго токового пути 68 замыкается. В течение данного второго полупериода входного напряжения V12 ток делителя напряжения не течет по данному второму токовому пути 68. После пересечения нуля входным напряжением V12 входное напряжение изменяет свою полярность и диод 94 становится электропроводящим. В результате создается второй ток I4 делителя напряжения в направлении, противоположном току нагрузки I1, и происходит передача тока I4 цепи синхронизации для обеспечения нормальной работы диммерного устройства 14.

Другими словами, полярно-зависимый делитель напряжения 64 разделяется на два пути 66, 68, по одному для каждой полярности входного напряжения V12. При заданной полярности и в некоторый момент времени, когда ток I1 нагрузки уменьшается, один из токовых путей 66, 68 подготавливается к противоположной полярности следующего полупериода. В это время соответствующий первый ток I3 делителя напряжения, 14 блокируется соответствующим диодом 92, 94. После пересечения нуля входным напряжением V12, соответствующий путь 66, 68 автоматически включается с учетом изменения полярности и соответствующих диодов 92, 94. Когда диммерное устройство 14 подает напряжение V10 сети на устройство 60 управления, включенный токовый путь 66, 68 отключается путем выключения соответствующего управляемого переключателя 88, 90. После того как ток I1 нагрузки снижается до заданного значения, с помощью замыкания соответствующего управляемого переключателя 88, 90, подготавливается соответствующий другой токовый путь 66, 68.

Диоды 92, 94 могут создаваться из p-n-диодов, сборок диодов высокого напряжения, p-s-n-диодов высокого напряжения, диодов из карбида кремния или встроенного диода МОП-транзистора (MOSFET) и предпочтительно выбираются в зависимости от требуемого импеданса, а также в зависимости от приложения и ожидаемой рабочей температуры.

На фиг. 3b показан альтернативный вариант осуществления полярно-зависимого делителя 64 напряжения, в котором идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами, и здесь объясняются только различия. В данном варианте осуществления оба токовых пути 66, 68 относятся к одинаковому потенциалу напряжения нагрузки. Для достижения этого токовый путь 66 теперь подключается к другой входной клемме 99. Преимуществом данного варианта осуществления является то, что переключатели 88, 90 и измерительные сигналы относятся к тому же опорному потенциалу, а именно отрицательной шине питания.

На фиг. 4 показана подробная блок-схема варианта осуществления полярно-зависимого делителя 64 напряжения, показанного на фиг. 3. Идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами, причем здесь подробно описаны только различия.

Первый токовый путь 66 содержит МОП-транзистор 100 р-типа и диод 92. Второй токовый путь 68 содержит биполярный n-p-n-транзистор 102 и диод 94. Первый токовый путь 66 и второй токовый путь 68 соединены друг с другом и совместно подсоединены к резистору 104, соединенному с входом устройства 60 управления. Следует понимать, что для двух токовых путей 66, 68 могут также использоваться другие полупроводниковые переключатели. Первый и второй токовые пути 66, 68, каждый использует резистор 104 в качестве элемента, ограничивающего ток. В результате, технические усилия и стоимость снижаются. Поскольку первый токовый путь 66 и второй токовый путь 68 соединены друг с другом напрямую, переключение переключателей 100, 102 должно быть синхронизировано и следует избегать перекрывания периодов проводимости переключателей 100, 102. Другими словами, следует избегать короткого замыкания.

На фиг. 5 показана подробная блок-схема устройства 60 управления, включающего в себя средство 106 измерения тока для измерения тока в устройстве 60 управления и для синхронизации управляемого переключателя 88, 90. Идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами и здесь подробно описаны только различия. Средство 106 измерения тока подсоединено к блоку 107 управления для обработки измеряемых токов и расчета времени синхронизации управляемых переключателей.

Средство 106 измерения тока содержит первый блок измерения тока 108 для измерения тока I5 нагрузки в диоде 72, который является током нагрузки в течение отрицательного полупериода входного напряжения V12. Первый блок измерения тока 108 содержит туннельный диод 110, вспомогательный источник напряжения 112, конденсатор 114, диод 116 и резистор 118. Ток I5 измеряется с помощью измерения падения напряжения на резисторе 118. Падение напряжения на резисторе 118 может быть ограничено напряжением V16, создаваемым вспомогательным источником напряжения 112, плюс падением напряжения на диоде 116. Фактически, когда напряжение V16 развязано диодом 116, через резистор 118 будет протекать низкоамплитудный ток I5. Когда ток I5 является достаточно большим, чтобы вызвать большое падение напряжения на резисторе 118, часть тока потечет через диод 116, зарядит конденсатор 114 и обеспечит поддержку источника 112 напряжения, причем V16 может подкрепляться туннельным диодом 110. В целом данная структура может быть использована в виде комбинации измерения тока (при низких уровнях тока) и вспомогательного источника (при высоких уровнях тока). При правильной конструкции, то есть если ток, потребляемый от напряжения V16, является довольно малым, не требуется никакой дополнительный источник 112. Напряжение V16 может использоваться для подачи питания на блок 107 управления и дополнительные блоки управления в системе.

Первый блок измерения тока 108 подсоединен к блоку 107 управления для обработки значения тока I5 нагрузки.

Средство 106 измерения тока дополнительно содержит блок 120 измерения тока для измерения тока I4 делителя напряжения второго токового пути 68. Блок 120 измерения тока содержит туннельный диод 122 и резистор 124 и измеряет падение напряжения на резисторе 124 для измерения тока I4 делителя напряжения. Блок 120 измерения тока подсоединен к блоку 107 управления для обработки измеренного тока I4 делителя напряжения. Для резистора 124 можно выбрать высокую величину сопротивления, гарантируя высокую чувствительность к низким уровням тока. Падение напряжения на резисторе 124 ограничивается туннельным диодом 122.

Средство 106 измерения тока дополнительно содержит блок 126 измерения тока, который содержит сопротивление 128 и который подсоединен к токовому зеркалу 130, соединенному с первым токовым путем 66 для измерения тока I3 делителя напряжения в первом токовом пути 66. Токовое зеркало 130 создает в резисторе 128 ток, идентичный или соответствующий току I3 делителя напряжения. Блок 126 измерения тока измеряет падение напряжения на резисторе 128. Блок 126 измерения тока подсоединен к блоку 107 управления для обработки величины тока I3 делителя напряжения.

Средство 106 измерения тока дополнительно содержит блок измерения тока 132 для измерения тока I6 нагрузки в диоде 76 выпрямителя 62. Ток I6 нагрузки представляет собой ток нагрузки в течение положительного полупериода входного напряжения V12. Блок 132 измерения тока содержит два диода 134, 136 и резистор 138. Блок 132 измерения тока измеряет падение напряжения на резисторе 138. Снова, при сильных токах напряжение падает и в результате потери ограничиваются диодами 134, 136. Блок 132 управления током подсоединен к блоку 107 управления для обработки значений тока I6 нагрузки.

На фиг. 5 показаны различные токочувствительные цепи для измерения тока, протекающего в цепи, как в полярно-зависимых путях 66, 68 делителя напряжения, так и в пути нагрузки. За исключением измерения тока I3, другие токи измеряются нелинейным образом, то есть имеется область, где считываемый сигнал (то есть падение напряжения) не возрастает пропорционально измеряемому току. Для рассмотренных здесь целей это приводит к высокой чувствительности при низких уровнях тока и при этом ограничению потерь при большом токе.

Блок 107 управления предпочтительно изготавливается с использованием микроконтроллера и измеряет частоту в сети, и вычисляет время между возрастанием или началом токов I3, I4 делителей напряжения и началом или изменением токов I5, I6 нагрузки, и изменяет фазный угол входного напряжения V12. Блок 107 управления вычисляет ток потребления и также получает управляющую информацию для драйверов светодиодов. Иначе, блок 107 управления может изготавливаться без микроконтроллера.

На фиг. 6 показана блок-схема блока 140 управления для управления управляемыми переключателями 88, 90. Блок 140 управления содержит два триггера 142, 144. Первый триггер 142 выполнен для хранения информации о поляризации входного напряжения V12, а второй триггер 144 выполнен для перевода управляющих переключателей 88, 90 в положение включить и выключить.

Первый триггер 142 подсоединен к блоку 107 управления и обеспечен сигналом, указывающим начало и окончание тока I1 нагрузки. Второй триггер 144 подсоединен к выходу первого триггера 142 и принимает сигналы для синхронизации полярности посредством линий синхронизации 146, 148. Выход первого триггера 142 и выход второго триггера 144 подсоединены к первому логическому вентилю 150 И-типа (AND) и второму логическому вентилю 152 И-типа. Первый вентиль 150 И-типа и второй вентиль 152 И-типа созданы для переключения управляющих переключателей 88, 90.

Первый триггер 142 отключает переключатели 88, 90, когда создается ток I1 нагрузки и диммерное устройство 14 подает напряжение V10 сети на вход устройства 60 управления. Первый триггер 142 подсоединен к блоку 107 управления и по первой входной линии 154 принимает сигнал, указывающий на окончание тока I1 нагрузки, а по второй входной линии 156 принимает второй сигнал, указывающий на начало тока I1 нагрузки.

Второй триггер 144 включает один из управляющих переключателей 88, 90 в заранее заданный момент времени. Управляющие устройства для управления управляющими переключателями 88, 90 могут подсоединяться к вентилям 150, 152 И-типа (не показаны). В простом случае данный блок 140 управления первоначально синхронизирован с полярностью входного напряжения V12 и любые следующие импульсы подаются на соответствующий другой управляющий переключатель 88, 90. Чтобы избежать нарушения синхронизации, предпочтительной является непрерывная синхронизация полярности с помощью входных линий 154, 156.

На фиг. 7 представлена схема, показывающая: a) напряжение на конденсаторе 18, b) ток I3 делителя напряжения, c) управляющий сигнал для управления управляемым переключателем 88, d) ток I1 нагрузки, e) напряжение V10 сети и f) входное напряжение V12. На фиг. 7 показан первый полупериод ΔΤ1 и второй полупериод ΔΤ2.

Управляемый переключатель 88 замыкается при t1 в течение первого полупериода ΔΤ1, когда ток I1 нагрузки уменьшается до нуля, как показано на фиг. 7c. Благодаря блокирующему диоду 92 ток I3 делителя напряжения остается нулевым, до момента, когда произойдет пересечение нуля напряжения сети при t2 и начинается второй полупериод ΔΤ2. При t3 диммерное устройство 14 подает напряжение V10 сети на устройство 60 управления, и входное напряжение V12 увеличивается. В этот момент управляемый переключатель 88 размыкается, как показано на фиг. 7c, и ток I3 делителя напряжения уменьшается до нуля, как показано на фиг. 7b. В результате при t2 цепь с высоким импедансом устройства 60 управления меняется на низкоимпедансный путь 66. В период времени от t2 до t3 создается низкоимпедансный путь 66 и цепь синхронизации диммерного устройства 14 может работать как запроектировано. В результате устройство 60 управления совместимо с любым диммером для ретрофитного светодиодного блока.

На фиг. 8 представлена блок-схема 160, показывающая этапы настоящего изобретения.

Сначала измеряется ток I1 нагрузки, и когда ток нагрузки снижается до заданного значения, как показано на этапе 162, происходит замыкание управляющего переключателя 90 токового пути 68. Затем измеряется ток I4 делителя напряжения и обнаруживается момент времени, когда появляется ток I4 делителя напряжения, как показано на этапе 164. Ток I1 нагрузки измеряется на этапе 166, и когда, как показано на этапе 168, обнаруживается сдвиг фаз входного напряжения V12, управляющий переключатель 90 открывается. Когда ток I1 нагрузки снижается до заданного значения, как показано на этапе 170, происходит замыкание управляющего переключателя 88 токового пути 66 на этапе 172. Затем измеряется ток I3 делителя напряжения и определяется момент времени, когда появляется ток I3 делителя напряжения, как показано на этапе 174. На этапе 176 обнаруживается появление тока I1 нагрузки и на этапе 178 управляющий переключатель 88 размыкается для остановки тока I3 делителя напряжения. После этапа 178 процесс начинается сначала с измерения входного тока I1 на этапе 162 и подготовки токового пути 68 с помощью замыкания управляющего переключателя 90.

В то время как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться иллюстративными или примерными и не ограничивающими; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения описанных вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники путем практического использования заявленного изобретения, а также изучением чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множества. Единичный элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые признаки изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих признаков не может использоваться для преимущества.

Компьютерная программа может сохраняться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель или жесткий диск, поставляемый вместе с или в качестве части другого оборудования, но также может распространяться в других формах, таких как Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничивающие его объем.

Изобретение относится к устройству управления для управления нагрузкой, в частности, светодиодным блоком, имеющим один или более светодиодов. Техническим результатом является создание устройства управления нагрузкой, в частности светодиодным блоком, содержащим один или более светодиодов, совместимого с различными диммерами, в частности с диммерами с фазовой отсечкой. Результат достигается тем, что устройство (60) содержит: входные клеммы для приема входного напряжения (V10) от внешнего источника (16) питания для питания нагрузки (12), средство (64) соединения для соединения входных клемм друг с другом и создания токового пути (66, 68), зависящего от полярности входного напряжения (V10), причем средство (64) соединения содержит первый токовый путь (66) для соединения входных клемм в первом направлении тока и второй токовый путь (68) для соединения входных клемм во втором направлении тока, противоположном первому направлению тока, при этом каждый из первого и второго токового пути (66, 68) содержит блок (88, 90) управления током для управления током (I3, I4) делителя напряжения в соответствующем токовом пути (66, 68) и при этом каждый из первого и второго токового пути (66, 68) содержит средство (92, 94) разъединения для блокировки тока (I3, I4) делителя напряжения в соответствующем токовом пути (66, 68) в обратном направлении, противоположном соответствующему направлению тока. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство управления (60) для управления нагрузкой (12), в частности, светодиодным блоком (84), имеющим один или более светодиодов, содержащее:

- входные клеммы для приема входного напряжения (V10) от внешнего источника (16) питания для питания нагрузки (12), и

- выпрямитель (62) для выпрямления входного напряжения (V10), и

- средство (64) соединения для соединения входных клемм друг с другом и обеспечения токового пути (66, 68), зависящего от полярности входного напряжения (V10), причем средство (64) соединения содержит первый токовый путь (66) для соединения входных клемм в первом направлении тока и второй токовый путь (68), по меньшей мере, частично отличающийся от первого токового пути, для соединения входных клемм во втором направлении тока, противоположном первому направлению тока, причем каждый из первого и второго токового пути (66, 68) содержит блок управления током (88, 90) для управления током (I3, I4) делителя напряжения в соответствующем токовом пути (66, 68) и при этом каждый из первого и второго токового пути (66, 68) содержит средство (92, 94) разъединения для блокировки тока (I3, I4) делителя напряжения в соответствующем токовом пути (66, 68) в обратном направлении, противоположном соответствующему направлению тока.

2. Устройство управления по п. 1, в котором один или более диодов (74, 76) выпрямителя (62) использованы для передачи как тока нагрузки, так и тока делителя напряжения.

3. Устройство управления по п. 1 или 2, которое снабжено блоком (107) управления для управления блоками (88, 90) управления током.

4. Устройство управления по п. 1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна из входных клемм подсоединена к блоку (14) преобразователя напряжения, подсоединенному к внешнему источнику (16) питания, причем преобразователь (14) напряжения является устройством (14) с фазовой отсечкой для обеспечения отсечки фазы входного напряжения (V10) и для обеспечения напряжения (V12) переменного тока c фазовой отсечкой на устройство управления (60).

5. Устройство управления по п. 1 или 2, в котором средство (92, 94) разъединения содержит диод (92, 94) в токовом пути (66, 68) для блокировки тока (I3, I4) делителя напряжения в обратном направлении и для пропускания тока (I3, I4) делителя напряжения в прямом направлении.

6. Устройство управления по п. 1 или 2, в котором средство (64) соединения содержит средство (96, 98, 104) ограничения тока для ограничения тока (I3, I4) делителя напряжения.

7. Устройство управления по п. 3, которое снабжено средствами (108, 138) измерения тока для измерения тока (I1) нагрузки, обеспеченного на нагрузку (12), причем блок (107) управления выполнен с возможностью управления блоками (88, 90) управления током на основе измеряемого тока (I1) нагрузки.

8. Устройство управления по п. 3, которое снабжено средствами (120, 126) измерения тока для измерения тока (I3, I4) делителя напряжения, причем блок управления (107) выполнен с возможностью управления блоками (88, 90) управления током на основе измеряемого тока (I3, I4) делителя напряжения.

9. Устройство управления по п. 1 или 2, в котором блок (107) управления выполнен с возможностью управления блоками (88, 90) управления током на основе фазового угла входного напряжения (V12), обнаруживаемого средством обнаружения фазового угла.

10. Устройство управления по п. 9, в котором блок (107) управления выполнен с возможностью активации одного из блоков (88) управления током в течение первого полупериода (Δt1) входного напряжения (V10) и дезактивации блока (88) управления током, когда угол фазовой отсечки обнаруживается в течение второго полупериода (Δt2) входного напряжения (V10).

11. Устройство управления по п. 10, в котором блок (107) управления выполнен с возможностью попеременно активировать блоки (88, 90) управления током первого и второго токового пути (66, 68), в зависимости от полярности входного напряжения (V10).

12. Устройство управления по п. 1 или 2, в котором блок (107) управления содержит, по меньшей мере, один элемент (142, 144) хранения сигнала, чтобы генерировать сигнал активации и/или дезактивации для блока (88, 90) управления током на основе обнаружения момента времени, когда ток (I1) нагрузки достигает или превышат заранее заданный уровень.

13. Устройство управления по п. 1 или 2, в котором блок управления содержит, по меньшей мере, один элемент (142, 144) хранения сигнала, чтобы генерировать сигнал активации и/или дезактивации для блока (88, 90) управления током на основе обнаружения момента времени, когда ток делителя напряжения достигает или превышат заранее заданный уровень.

14. Способ (160) управления для управления нагрузкой (12), в частности, светодиодным блоком (84), содержащим один или более светодиодов, причем способ управления содержит этапы, в которых:

- принимают на входных клеммах входное напряжение (V10) от внешнего источника(16) питания,

- выпрямляют входное напряжение (V10),

- соединяют входные клеммы друг с другом с помощью средства (64) соединения,

- обеспечивают токовый путь (66, 68) для тока (I3, I4) делителя напряжения в прямом направлении от первой из входных клемм ко второй из входных клемм или от второй к первой входной клемме, в зависимости от полярности входного напряжения (V10), и

- блокируют ток делителя напряжения в обратном направлении токового пути, противоположном прямому направлению.

15. Осветительное устройство содержит:

- осветительный модуль (12), содержащий один или более осветительных блоков (84), в частности светодиодный блок, содержащий один или более светодиодов (84), и

- устройство управления (60) для управления упомянутым осветительным модулем (12) по любому из пп. 1-13.