ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ НАГРУЗКИ, В ЧАСТНОСТИ, БЛОКА СВЕТОДИОДОВ Российский патент 2017 года по МПК H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к приводному устройству и соответствующему способу приведения в действие для приведения в действие нагрузки, в частности LED-блока, содержащего один или более LED. Дополнительно, настоящее изобретение относится к устройству освещения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области приводных устройств на основе LED для автономных применений, таких как модернизированные лампы, требуются решения для обеспечения высокой эффективности, высокой удельной мощности, долгого срока службы, высокого коэффициента мощности и низкой стоимости, вместе с другими актуальными признаками. Хотя практически все существующие решения жертвуют одним или другим требованием, необходимо, чтобы предложенные приводные цепи должным образом приводили форму сетевой энергии к форме, требуемой LED, при этом сохраняя соблюдение настоящих и будущих норм силовой сети. Критически важно гарантировать максимально заметное световое мерцание в то же время, когда коэффициент мощности поддерживается выше некоторого предела.

В WO 2010/027254 A1 раскрывается осветительное устройство, содержащее LED-сборку, содержащую последовательное соединение двух или более LED-блоков, причем каждый LED-блок содержит один или более LED, и каждый LED-блок обеспечивается управляемым переключателем, по существу, для закорачивания LED-блока. Осветительное устройство дополнительно содержит управляющий блок для управления приводным блоком, выполненным с возможностью приема сигнала, представляющего уровень напряжения для напряжения питания, и управления переключениями в соответствии с сигналом. Кроме того, обеспечивается LED-драйвер, который обеспечивает возможность эксплуатации светорегулятора на основе симистора при оптимальном токе удержания, и LED-драйвер, содержащий переключаемый буфер, например конденсатор.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является обеспечить приводное устройство и соответствующий способ приведения в действие для приведения в действие нагрузки, в частности LED-блока, содержащего один или более LED, в том числе обеспечивающий высокий коэффициент мощности, малый размер, высокую эффективность, долгий срок службы и низкую стоимость. Дополнительно, целью настоящего изобретения является обеспечить соответствующее устройство освещения.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается приводное устройство, содержащее:

- блок входной мощности для приема входного напряжения от внешнего источника питания и для обеспечения выпрямленного напряжения питания,

- блок преобразования мощности для преобразования упомянутого напряжения питания в ток питания для питания нагрузки,

- зарядный конденсатор для хранения заряда и питания нагрузки, когда недостаточно энергии для питания нагрузки и/или блок преобразования мощности извлечен из источника питания в данный момент, и

- управляющий блок для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора упомянутым напряжением питания до напряжения конденсатора, которое может быть существенно выше, чем пиковое напряжение упомянутого напряжения питания, и для питания нагрузки.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается соответствующий способ приведения в действие.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается устройство освещения, содержащее осветительную сборку, содержащую один или более осветительных блоков, в частности LED-блок, содержащий один или более LED, и приводное устройство для приведения в действие упомянутой осветительной сборки, обеспечиваемое согласно настоящему изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявляемый способ имеет схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, что и заявляемое устройство, и согласно определяемому в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основывается на идее обеспечения управляющего блока, посредством которого, помимо прочего, выполняется управление зарядкой зарядного конденсатора, предпочтительно активным образом. Таким образом, зарядный конденсатор может заряжаться до желаемого уровня управляемым образом, в частности, для управления скоростью, формой и/или степенью зарядки этого зарядного конденсатора для улучшения эффективности преобразования и коэффициента мощности. Управление зарядкой может, в частности, выполняться так, чтобы зарядный конденсатор заряжался до уровня напряжения, который может быть существенно выше, чем пиковое напряжение напряжения питания. Кроме того, управление питанием нагрузки может выполняться таким образом, что энергия, сохраненная в конденсаторе, обеспечивается нагрузке, только когда требуется, во избежание заметного мерцания, в частности, когда мало или никакой энергии не извлекается из источника питания для питания нагрузки в данный момент (например, когда никакой или недостаточная энергия может извлекаться из сетевого напряжения, обеспеченного в качестве входного для блока входной мощности). Предпочтительно энергия, сохраненная в зарядном конденсаторе, может быть наиболее эффективно использована согласно настоящему изобретению, что обеспечивает преимущество в том, что емкость зарядного конденсатора может быть измерена как гораздо меньшая по сравнению с зарядным конденсатором, используемым в известных приводных устройствах.

Напряжение питания в общем является выпрямленным периодическим напряжением питания, обеспеченным блоком входной мощности. В случае, когда сетевое напряжение переменного тока обеспечивается в качестве входного напряжения для блока входной мощности, например, от сетевого источника напряжения, выпрямительный блок предпочтительно используется в блоке входной мощности для выпрямления обеспеченного входного напряжения переменного тока, например, сетевого напряжения, в выпрямленное периодическое напряжение питания. Такой выпрямительный блок может, к примеру, содержать общеизвестный полумостовой или полномостовой выпрямитель. Напряжение питания, таким образом, имеет одну полярность для любой полярности входного напряжения переменного тока.

Альтернативно, если, например, такое выпрямленное периодическое напряжение питания уже обеспечивается в качестве входного для блока входной мощности, например, от выпрямителя (представляющего упомянутый внешний источник напряжения), обеспеченного в каком-либо другом месте, блок входной мощности просто содержит входные клеммы и, если требуется, другие элементы, как, например, усилитель.

В одном варианте осуществления упомянутый управляющий блок соединен последовательно с упомянутым зарядным конденсатором, в частности, между зарядным конденсатором и узлом между блоком входной мощности и блоком преобразования мощности или между зарядным конденсатором и нагрузкой. Эти варианты осуществления просты в осуществлении и обеспечивают желаемые функции.

В одном в особенности эффективном варианте осуществления упомянутый управляющий блок соединен между упомянутым зарядным конденсатором и узлом между упомянутым блоком входной мощности и упомянутым блоком преобразования мощности, причем упомянутый управляющий блок содержит:

- управляющий блок зарядки, соединенный с упомянутым блоком питания для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора посредством упомянутого напряжения питания до напряжения конденсатора, которое может быть существенно выше, чем пиковое напряжение упомянутого напряжения питания,

- переключатель, соединенный параллельно с упомянутым управляющим блоком зарядки, для подключения с возможностью переключения упомянутого зарядного конденсатора к узлу между упомянутым блоком входной мощности и упомянутым блоком преобразования мощности для обеспечения энергии, хранящейся в упомянутом зарядном конденсаторе, блоку преобразования мощности и нагрузке, и

- управляющий блок переключателя для управления упомянутым переключателем.

Когда переключатель разомкнут, мощность (предпочтительно низкая мощность) извлекается из блока входной мощности (или, точнее, любого внешнего источника питания, например сетевого источника питания, соединенного с блоком входной мощности) в зарядный конденсатор для его зарядки, а когда переключатель замкнут, энергия из зарядного конденсатора обеспечивается блоку преобразования мощности и, таким образом, нагрузке. Управляющий блок зарядки может предпочтительно быть активной цепью, как, например, повышающий преобразователь. Это обеспечивает возможность управления энергией в зарядном конденсаторе таким образом, что коэффициент мощности сетевого источника питания может быть высоким, а емкость зарядного конденсатора может быть низкой.

В одном варианте осуществления управляющий блок переключателя выполняется с возможностью управления упомянутым переключателем для подключения упомянутого зарядного конденсатора к упомянутому блоку преобразования мощности для питания упомянутой нагрузки, когда величина напряжения питания (и сетевого напряжения) падает ниже порога переключения, и для отсоединения упомянутого зарядного конденсатора от упомянутого блока преобразования мощности, когда напряжение конденсатора падает ниже упомянутого порога переключения. Предпочтительно упомянутый порог переключения соответствует напряжению, чуть более высокому (например, на 1-10% выше), чем напряжение на нагрузке, предпочтительно в случаях, когда блок преобразования мощности содержит понижающий преобразователь. Однако в других вариантах осуществления предопределенный порог переключения может также использоваться с этой целью. Следовательно, только на относительно короткие периоды времени переключатель включен для подключения зарядного конденсатора к упомянутой нагрузке (опосредованно через блок преобразования мощности), и на упомянутый короткий период времени существенная часть энергии, сохраненной в зарядном конденсаторе, может использоваться для питания нагрузки, т.е. напряжение на зарядном конденсаторе может упасть с высокого уровня (выше, чем пиковое напряжение напряжения питания) до очень низкого уровня, в частности до порога переключения и/или напряжения на нагрузке.

В другом варианте осуществления управляющий блок соединяется с выходом блока преобразования мощности. В этом варианте осуществления управляющий блок содержит управляющий блок зарядки, соединенный с упомянутым выходом блока преобразования мощности для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора посредством напряжения нагрузки на упомянутой нагрузке до напряжения конденсатора, которое может быть существенно выше, чем напряжение нагрузки, переключатель для подключения с возможностью переключения упомянутого зарядного конденсатора к узлу между упомянутым блоком входной мощности и упомянутым блоком преобразования мощности для обеспечения энергии, сохраненной в упомянутом зарядном конденсаторе, блоку преобразования мощности, и управляющий блок переключателя для управления упомянутым переключателем.

В еще одном варианте осуществления управляющий блок соединяется с выходом блока преобразования мощности, причем упомянутый управляющий блок содержит двунаправленный управляющий блок зарядки для зарядки зарядного конденсатора посредством напряжения нагрузки на упомянутой нагрузке до напряжения конденсатора, которое может быть существенно выше, чем напряжение нагрузки. Предпочтительно управляющий блок зарядки содержит двунаправленный повышающий преобразователь или двунаправленный понижающе-повышающий преобразователь. Когда в некоторый момент из источника питания извлекается недостаточная энергия, управляющий блок зарядки благодаря свойству двунаправленности обводит сохраненную энергию из зарядного конденсатора непосредственно к нагрузке.

Таким образом, различные варианты осуществления существуют для управления хранящейся энергией из зарядного конденсатора. Зависит от желаемого осуществления и желаемых аппаратных/программных средств, доступных или используемых, какой из конкретных вариантов осуществления будет использован для обеспечения конкретного осуществления приводного устройства.

Как упоминалось выше, управление зарядкой зарядного конденсатора может предпочтительно выполняться управляющим блоком зарядки. В частности, может выполняться управление различными параметрами процесса зарядки, такими как временное планирование, в частности, временем начала, временем остановки и продолжительностью. Предпочтительно управление временным планированием выполняется так, чтобы зарядный конденсатор (активно) заряжался, в общем случае, до напряжения, которое может быть выше чем пиковое сетевое напряжение, в течение периода зарядки, когда напряжение питания выше порога зарядки. В частности, в течение пиковых периодов напряжения питания зарядка осуществляется, и управляющий блок зарядки, например повышающий преобразователь, функционирует только в течение упомянутых коротких периодов времени, что помогает достичь высокой эффективности приведения в действие. Дополнительно, управление скоростью, формой и/или степенью зарядки упомянутого зарядного конденсатора предпочтительно может выполняться для улучшения коэффициента мощности и/или оптимизации зарядки так, чтобы на обычную работу приводного устройства, в частности на обеспечение постоянного выходного тока к нагрузке, не оказывала отрицательного воздействия упомянутая зарядка зарядного конденсатора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и ясными со ссылками на вариант(ы) осуществления, описываемые далее. На следующих чертежах

Фиг.1 изображает схематичную структурную схему известного двухступенчатого приводного устройства,

Фиг.2a изображает схематичную структурную схему известного одноступенчатого приводного устройства с входным зарядным конденсатором,

Фиг.2b изображает схематичную структурную схему известного одноступенчатого приводного устройства с выходным зарядным конденсатором,

Фиг.3a изображает схематичную структурную схему первого варианта осуществления приводного устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг.3b изображает схематичную структурную схему второго варианта осуществления приводного устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг.3c изображает схематичную структурную схему третьего варианта осуществления приводного устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг.4a изображает подробную схематичную структурную схему первого варианта осуществления приводного устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг.4b изображает подробную схематичную структурную схему второго варианта осуществления приводного устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг.5 изображает схему, иллюстрирующую формы кривой напряжения согласно варианту осуществления приводного устройства, показанного на Фиг.4a, и

Фиг.6 изображает схему, иллюстрирующую формы кривой тока согласно варианту осуществления приводного устройства, показанного на Фиг.4a.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вариант осуществления известного двухступенчатого приводного устройства 10 схематично изображен на фиг.1. Упомянутое приводное устройство 10 содержит выпрямительный блок 12, блок 14 предварительной обработки первой ступени, соединенный с выходом выпрямительного блока 12, блок 16 преобразования второй ступени, соединенный с выходом блока 14 предварительной обработки первой ступени, и зарядный конденсатор 18, соединенный с узлом 15 между упомянутым блоком 14 предварительной обработки первой ступени и упомянутым блоком 16 преобразования второй ступени. Выпрямительный блок 12 предпочтительно содержит выпрямитель, такой как известный полномостовой или полумостовой выпрямитель, для выпрямления входного напряжения V20 переменного тока, обеспеченного, например, от внешнего сетевого источника 20 напряжения, в выпрямленное напряжение V12. Нагрузка 22, в этом варианте осуществления LED-блок, содержащий два LED 23, соединяется с выходом блока 16 преобразования второй ступени, выходной сигнал которого, в частности его приводное напряжение V16 и его приводной ток 116, используется для приведения в действие нагрузки 22.

Блок 14 предварительной обработки первой ступени предварительно обрабатывает выпрямленное напряжение V12 в промежуточное напряжение V14 постоянного тока, и блок 16 преобразования второй ступени преобразует упомянутое промежуточное напряжение V14 постоянного тока в желаемое приводное напряжение V16 постоянного тока. Зарядный конденсатор 18 обеспечивается для хранения заряда, т.е. заряжается от промежуточного напряжения V14 постоянного тока, таким образом, фильтруя низкочастотный сигнал выпрямленного напряжения V12 для обеспечения существенно постоянного выходного сигнала блока 16 преобразования второй ступени, в частности неизменяющегося приводного тока 116 через нагрузку 22. Эти элементы 14, 16, 18 общеизвестны и широко распространены в таких приводных устройствах 10 и, таким образом, не будут описываться здесь более подробно.

В общем, приводное устройство 10 удовлетворяет вышеупомянутой потребности в высоком коэффициенте мощности и низком мерцании за счет увеличенных требуемой площади размещения и стоимости, что может быть существенно ограничено, в особенности в модернизированных применениях. Размер блока 14 предварительной обработки первой ступени может главным образом определяться ассоциированными пассивными компонентами, в особенности, если он содержит импульсный источник питания (SMPS), например повышающий преобразователь, работающий на низкой или средней частоте переключения. Любая попытка повысить частоту переключения с целью уменьшить размер этих фильтровых компонентов может вызвать резкое увеличение в энергетических потерях в жесткопереключаемом SMPS и, таким образом, вызвать необходимость в использовании теплопоглотителей большего размера.

Варианты осуществления известных одноступенчатых приводных устройств 30a, 30b схематично изображены на фиг.2a и фиг.2b соответственно. Упомянутое приводное устройство 30 содержит выпрямительный блок 32 (который может быть идентичен выпрямительному блоку 12 двухступенчатого приводного устройства 10, показанного на фиг.1) и блок 34 преобразования (например, обратноходовой преобразователь для варианта осуществления, показанного на фиг.2b, или понижающий преобразователь для варианта осуществления, показанного на фиг.2a), соединенный с выходом выпрямительного блока 32. Кроме того, в варианте осуществления, изображенном на фиг.2a, зарядный конденсатор 36a (представляющий зарядный конденсатор с низкочастотным входом) соединяется с узлом 33 между упомянутым выпрямительным блоком 32 и упомянутым блоком 34 преобразования. В варианте осуществления, показанном на фиг.2b, зарядный конденсатор 36b (представляющий зарядный конденсатор с высокочастотным входом) соединяется с узлом 35 между упомянутым блоком 34 преобразования и нагрузкой 22. Выпрямительный блок выпрямляет входное напряжение V20 переменного тока, обеспеченное, например, от внешнего сетевого источника 20 напряжения (также называемого источником питания), в выпрямленное напряжение V32. Выпрямленное напряжение V32 преобразуется в желаемое приводное напряжение V34 постоянного тока для приведения в действие нагрузки 22.

Зарядные конденсаторы 18 (на фиг.1) и 36a, 36b (на фиг.2a, 2b) главным образом обеспечиваются для отфильтровывания низкочастотной составляющей выпрямленного напряжения V12 для предоставления неизменяющегося тока к нагрузке. Такие конденсаторы, как следствие, имеют большой размер, в особенности, когда размещены параллельно с нагрузкой и когда такой нагрузкой является LED.

Приводные устройства, изображенные на Фиг.1 и 2, к примеру, описаны в работе Роберта Эриксона (Robert Erickson) и Майкла Мэдигана (Michael Madigan) "Проектирование простого выпрямителя с высоким коэффициентом мощности на основе обратноходового преобразователя", Работы по IEEE Форума по прикладной электронике больших мощностей, 1990, стр. 792-801.

Хотя большая часть из этих одноступенчатых приводных устройств 30a,b задействует меньшее количество аппаратных компонентов по сравнению с двухступенчатыми приводными устройствами, иллюстративно изображенными на фиг.1, они в общем не могут предложить высокий коэффициент мощности и едва заметное мерцание одновременно ввиду ограничений на размер зарядного конденсатора, который должен отфильтровывать низкочастотную составляющую входного напряжения переменного тока. В дополнение, одноступенчатые приводные устройства могут критическим образом жертвовать размером, сроком службы и работой при максимальной температуре нагрузки (например, лампы) ввиду использования больших зарядных конденсаторов, используемых для ослабления заметного мерцания.

Первый вариант осуществления приводного устройства 50a согласно настоящему изобретению схематично изображен на фиг.3a. Он содержит блок 52 входной мощности (например, содержащий стандартный выпрямитель, такой как полномостовой или полумостовой выпрямитель, описанный выше, для выпрямления поданного входного напряжения V20 переменного тока, или альтернативно содержащего только входные клеммы мощности в случае, если уже выпрямленное входное напряжение обеспечивается на входе для обеспечения периодического напряжения V52 питания, блок 54 преобразования мощности (например, стандартный понижающий преобразователь) для преобразования упомянутого напряжения V52 питания в ток I54 нагрузки для питания нагрузки 22 (напряжение V54 нагрузки), зарядный конденсатор 56 для хранения заряда и питания нагрузки 22, когда мало или никакой энергии не извлекается из сетевого источника 20 напряжения (например, в случае, когда величина входного напряжения/сетевого напряжения V20 падает ниже некоторого порога переключения), и управляющий блок 58 (соединенный с узлом 60) для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора 56 упомянутым напряжением V52 питания до напряжения V56 конденсатора, которое существенно выше, чем пиковое напряжение упомянутого напряжения V52 питания, и для питания нагрузки 22.

Второй вариант осуществления приводного устройства 50b согласно настоящему изобретению схематично изображен на фиг.3b. В отличие от первого варианта осуществления приводного устройства 50a, управляющий блок 58 и зарядный конденсатор 56 соединяются с выходом 61 блока 54 преобразования мощности. Дополнительно, обеспечивается контур 59 зарядки, соединенный с узлом 60 между блоком 52 входной мощности и блоком 54 преобразования мощности.

Третий вариант осуществления приводного устройства 50c согласно настоящему изобретению схематично изображен на фиг.3c. Этот вариант осуществления существенно идентичен варианту осуществления приводного устройства 50b, т.е. управляющий блок 58 и зарядный конденсатор 56 соединяются с выходом 61 блока 54 преобразования мощности, но он не содержит управляющий блок 59. В этом варианте осуществления управляющий блок 58 может содержать стандартный двунаправленный повышающий или понижающе-повышающий преобразователь.

Как показано в вариантах осуществления, изображенных на фиг.3a, 3b, 3c, управляющий блок 58 согласно настоящему изобретению легко может быть встроен в одноступенчатые драйверы, которые могут выполнять функции понижающего или повышающего преобразования. Зарядный конденсатор 56 обеспечивает требуемую энергию блоку 54 преобразования мощности с целью поддержать непрерывный поток энергии к нагрузке 22 во время периодов, когда мало или никакой энергии не поступает от сетевого источника 20 напряжения, например, когда величина входного напряжения V20 ниже, чем напряжение V54 нагрузки в случае, когда блок 54 преобразования мощности включает в себя стандартный понижающий преобразователь (в случае понижающего преобразования входное напряжение должно быть выше или равно выходному напряжению или напряжению нагрузки, чтобы происходило преобразование энергии, в то время как в случае повышающего преобразователя упомянутый порог переключения может быть гораздо ниже, чем выходное напряжение).

По сравнению с известными приводными устройствами 10, 30, показанными на фиг.1 и 2, приводное устройство согласно настоящему изобретению включает в себя управляющий блок 58, который может управляемым образом заряжать зарядный конденсатор 56 до некоторого высокого уровня напряжения так, что зарядная емкость, требуемая во избежание заметного мерцания, может быть минимизирована, тем самым улучшая коэффициент мощности, размер и срок службы. Упомянутый управляющий блок 58, таким образом, повышает напряжение конденсатора в данный момент и частично управляет передачей энергии от него к нагрузке 22. Предпочтительно управляющий блок 58 работает только в течение коротких периодов сетевых циклов, и, таким образом, эффективность преобразования может быть высокой. При должном управлении управляющий блок 58 не требует больших элементов хранения и, таким образом, может иметь малый размер. Таким образом, предлагаемое решение предлагает высокий коэффициент мощности, никакого заметного мерцания, высокую эффективность, уменьшенный размер и очень низкую фильтровую емкость зарядного конденсатора 56 (и, следовательно, уменьшенный размер и долгий срок службы).

Фиг.4a схематично изображает вариант осуществления приводного устройства 50d согласно настоящему изобретению, показывающий более подробное осуществление приводного устройства 50a, показанного на Фиг.3a. Аналогичные элементы обозначены ссылочными позициями, аналогичными используемым в первом варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.3. В этом варианте осуществления приводного устройства 50d управляющий блок 58 соединен между упомянутым зарядным конденсатором 56 и узлом 60 между упомянутым блоком 52 входной мощности и упомянутым блоком 54 преобразования мощности.

В этом варианте осуществления зарядный конденсатор 56 подключатся между блоком 52 входной мощности и блоком 54 преобразования мощности. Управляющий блок 58 соединен последовательно с зарядным конденсатором 56. Управляющий блок 58 содержит управляющий блок 62 зарядки (например, стандартный повышающий преобразователь), соединенный с упомянутым блоком 52 входной мощности для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора 56 упомянутым напряжением V52 питания до напряжения V56 конденсатора, которое может быть существенно выше, чем пиковое напряжение упомянутого напряжения V52 питания. Упомянутый управляющий блок 62 зарядки может, к примеру, содержать повышающий преобразователь. Дополнительно, управляющий блок 58 содержит переключатель 64, в частности низкочастотный (LF) переключатель 64, соединенный параллельно с упомянутым управляющим блоком 62 зарядки для подключения упомянутого зарядного конденсатора 56 к и отключения его от узла 60 для питания нагрузки 22 через блок 54 преобразования мощности, и управляющий блок 66 переключателя для управления упомянутым переключателем 64.

Фиг.4b схематично изображает вариант осуществления приводного устройства 50e согласно настоящему изобретению, показывающий более подробное осуществление приводного устройства 50b, показанного на фиг.3b. В этом варианте осуществления управляющий блок 62 зарядки соединен между выходом 61 блока 54 преобразования мощности и зарядным конденсатором 56. Когда переключатель 64 размыкается под управлением управляющего блока 66 переключателя, зарядный конденсатор 56 заряжается через выходное напряжение блока 54 преобразования мощности. Когда переключатель 64 замкнут, зарядный конденсатор 56 обеспечивает свою мощность через контур зарядки 59 узлу 60 для обеспечения мощности блоку 54 преобразования мощности.

Согласно вариантам осуществления, изображенным на фиг.3b и 4b, мощность для зарядки зарядного конденсатора извлекается из блока преобразования мощности вместо непосредственного извлечения из сети/источника входного питания, как в случае вариантов осуществления, изображенных на фиг.3a, 4a. Преимущество этих вариантов осуществления в том, что управляющий блок 62 зарядки может работать более эффективно в более широком диапазоне сетевых циклов ввиду более усредненного соотношения преобразования по сравнению с управляющим блоком 62 зарядки согласно вариантам осуществления, изображенным на фиг.3a, 4a.

Вариант осуществления, изображенный на Фиг.3c, избегает использования переключателя и его управления переключением всецело посредством двунаправленного управляющего блока зарядки в качестве управляющего блока 58. Такой двунаправленный управляющий блок зарядки может передавать энергию от блока 54 преобразования мощности к зарядному конденсатору 56 и от зарядного конденсатора 56 к нагрузке 22. Это может быть достигнуто путем, к примеру, двунаправленного повышения или повышения с понижением. Операция тогда будет эквивалентна операции других вариантов осуществления за исключением того, что никакого (LF) переключателя не требуется. Преимущества этого варианта осуществления относительно других вариантов осуществления в том, что избегается использование LF-переключателя и ассоциированное с ним управление. Дополнительно, двунаправленный управляющий блок зарядки может содержать понижающе-повышающий преобразователь, и, следовательно, использование емкостной энергии может быть максимизировано, поскольку напряжение конденсатора может теперь падать ниже напряжения V54 нагрузки. Это может давать в результате еще меньший зарядный конденсатор и, следовательно, улучшенный срок службы, коэффициент мощности и размер.

Операция приводного устройства 50d иллюстрируется на моделированных формах волны, изображенных на фиг.5 и 6, для случая, когда блоком 54 преобразования мощности является синхронный понижающий преобразователь. Переключатель 64 остается в выключенном состоянии все время, пока величина входного напряжения V20 (т.е. сетевого напряжения) выше, чем выходное напряжение V54 преобразователя 54. Пока это условие соблюдается, входное напряжение V52 преобразователя 54 равно величине сетевого напряжения V20.

Управляющий блок 62 зарядки может использоваться так, что напряжение V56 на зарядном конденсаторе 56 должно быть больше либо равно выпрямленному сетевому напряжению V52. Повышающая функциональная возможность управляющего блока 62 зарядки активна только в течение короткого периода времени Tc по отношению к выпрямленно-сетевому периоду времени Tp. В иллюстрируемом примере напряжение V56 на зарядном конденсаторе 56 повышается до приблизительно 500 В за время Tc, когда (европейское) сетевое выпрямленное напряжение V52 выше 290 V. Как только зарядный конденсатор 56 заряжен до этого уровня, напряжение V56 на зарядном конденсаторе 56 остается неизменным, пока сетевое выпрямленное напряжение V52 не приблизится к выходному напряжению V54. В это время переключатель 64 включается (замыкается), и напряжение V56 на зарядном конденсаторе 56 прилагается к входу блока 54 преобразования мощности. В этот момент начинается период T1 (также называемый периодом заполнения долины), в течение которого заряд из зарядного конденсатора 56 передается к блоку 54 преобразования мощности и нагрузке 22. Требуемая емкость для заполнения разрыва и обеспечения непрерывной подачи мощности к нагрузке 22 зависит от выходной мощности и максимального добавочного напряжения на зарядном конденсаторе 56. Размер конденсатора выполняется так, чтобы в условиях наихудшего случая (т.е. большой нагрузки) величина сетевого напряжения V20 достигала значения больше чем V56 чуть раньше, чем напряжение V56 упадет ниже напряжения V54. В это время переключатель 64 выключается и, таким образом, период T1 завершается.

В данном примере следующие иллюстративные значения могут обеспечиваться для используемых элементов. Зарядный конденсатор 56 может иметь такое низкое значение как 120 нФ, при этом поддерживая постоянную выходную мощность 5 Вт. Управляющая цепь зарядки может содержать стандартный повышающий преобразователь, задействующий катушку с индуктивностью всего 50 мкГн, работающий с частотой 300 кГц. Передний преобразователь 54, анализируемый для приведения в действие LED-нагрузки 22, является синхронным выпрямителем, функционирующим в квазипрямоугольной волне (т.е. ZVS), таким образом обеспечивая возможность как уменьшения габаритов фильтровых компонентов, так и высокой эффективности. Выходной фильтр этого преобразователя может содержать катушку 200 мГн и конденсатор 400 нФ (100 В). Производительность преобразователя 54 и управляющего блока 58 зарядки по оценке равна 90%. Сетевой ток 120, показанный на Фиг.6, соответствует коэффициенту мощности ~90%.

В одном варианте осуществления управляющий блок переключателя управляет переключателем для подключения упомянутого зарядного конденсатора к упомянутому блоку преобразования мощности для питания упомянутой нагрузки, когда упомянутое напряжение V52 питания падает ниже порога переключения ST, и для отсоединения упомянутого зарядного конденсатора от упомянутого блока преобразования мощности, когда напряжение V56 конденсатора падает ниже упомянутого порога переключения ST. Порог переключения ST соответствует, к примеру, напряжению V54 нагрузки на нагрузке или напряжение чуть выше (например, на 1-10% выше), чем напряжение V54 нагрузки на нагрузке (как показано на Фиг.5). Однако порог переключения может также быть предопределенным фиксированным значением.

Предпочтительно управляющий блок 62 зарядки имеет возможность выполнения активного управления, в частности управления временным планированием, в частности временем начала, временем остановки и продолжительностью зарядки упомянутого зарядного конденсатора 56. Кроме того, управляющий блок 62 зарядки предпочтительно выполнен с возможностью управления временным планированием зарядки упомянутого зарядного конденсатора 56 так, чтобы зарядный конденсатор 56 заряжался во время периода зарядки, когда напряжение V52 питания выше порога зарядки CT. Следовательно, в этом варианте осуществления только в течение пиковых периодов Tc напряжения V52 питания зарядный конденсатор 56 заряжается. В общем, управление скоростью, формой и/или степенью зарядки упомянутого зарядного конденсатора 56 может выполняться управляющим блоком 62.

Предложенное изобретение, таким образом, предлагает решение для приводного устройства и способа приведения в действие для приведения в действие нагрузки, причем решение обеспечивает возможность устранения заметного мерцания посредством использования очень низкий фильтровой емкости, т.е. очень низкой емкости зарядного конденсатора. Следовательно, необходимость в использовании больших конденсаторов, что оказывает отрицательное воздействие как на удельную мощность драйвера, так и на срок службы нагрузки, в частности осветительной сборки, содержащей LED-блок из одного или нескольких LED, эффективно избегается.

Как упоминалось, настоящее изобретение предпочтительно выполняется с возможностью приведения в действие осветительной сборки, но может в общем случае также использоваться для приведения в действие нагрузок других типов, в частности любых нагрузок постоянного тока, таких как двигатель постоянного тока, органические LED и другие электронные нагрузки, которые необходимо надлежащим образом приводить в действие.

Как непосредственное следствие низкой входной фильтровой емкости, коэффициент мощности приводного устройства согласно настоящему изобретению может быть существенно улучшен. Кроме того, предлагаемое решение может включать в себя как уменьшение требуемой площади, так и высокую эффективность преобразования, таким образом преодолевая вышеупомянутые ограничения известных приводных устройств, в частности большинство существующих приводных устройств на основе средств предварительной обработки. Приводное устройство и способ согласно настоящему изобретению, таким образом, объединяют преимущества известных одноступенчатых и двухступенчатых решений.

Хотя изобретение иллюстрировано и описано подробно на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные и как неограничительные примеры; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники в практическом использовании заявляемого изобретения посредством изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает возможности наличия других элементов или этапов, а упоминание элемента в единственном числе не исключает возможности наличия множества таких элементов. Один элемент или другой блок может выполнять функцию нескольких блоков, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры перечисляются в разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может использоваться с выгодой.

Любые позиционные обозначения в формуле изобретения не должны трактоваться как ограничивающие объем изобретения.

Изобретение относится к области светотехники, в частности к приводному устройству (50a-50e) и соответствующему способу приведения в действие для приведения в действие нагрузки (22), в частности LED-блока, содержащего блок (52) входной мощности для приема входного напряжения (V20) от внешнего источника питания и для обеспечения выпрямленного напряжения (V52) питания, блок (54) преобразования мощности для преобразования упомянутого напряжения (V52) питания в ток (I54) нагрузки для питания нагрузки (22), зарядный конденсатор (56) для хранения заряда и питания нагрузки (22), когда недостаточно энергии для питания нагрузки (22) и/или блока (54) преобразования мощности извлечено из упомянутого внешнего источника (20) питания в данный момент, и управляющий блок (58) для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора (56) упомянутым напряжением (V52) питания до напряжения (V56) конденсатора, которое может быть существенно выше, чем пиковое напряжение (V52) упомянутого напряжения питания, и для питания нагрузки (22). Технический результат - повышение коэффициента мощности, эффективности срока службы устройства освещения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Приводное устройство (50а-50е) для приведения в действие нагрузки (22), в частности LED-блока, содержащего один или более LED (23), причем упомянутое приводное устройство содержит:

- блок (52) входной мощности для приема входного напряжения (V20) от внешнего источника питания и для обеспечения выпрямленного напряжения (V52) питания,

- блок (54) преобразования мощности для преобразования упомянутого напряжения (V52) питания в ток (I54) нагрузки для питания нагрузки (22),

- зарядный конденсатор (56)для хранения заряда и питания нагрузки (22), когда из упомянутого внешнего источника (20) питания в заданный момент извлечено недостаточно энергии для питания блока (54) преобразования мощности, и

- управляющий блок (58) для управления зарядкой и разрядкой упомянутого зарядного конденсатора (56), причем упомянутый управляющий блок (58) соединен последовательно с упомянутым зарядным конденсатором (56) и содержит управляющий блок (62) зарядки, соединенный с упомянутым блоком (52) входной мощности

для управления зарядкой упомянутого зарядного конденсатора (56) упомянутым напряжением (V52) питания до напряжения (V56) конденсатора, которое может быть выше, чем пиковое напряжение (V52) упомянутого напряжения питания, и для питания блока преобразования мощности.

2. Приводное устройство (50d) по п. 1,

в котором упомянутый управляющий блок (58) соединен между упомянутым зарядным конденсатором (56) и узлом (60) между упомянутым блоком (52) входной мощности и упомянутым блоком (54) преобразования мощности, причем упомянутый управляющий блок (58) содержит:

- переключатель (64), соединенный параллельно с упомянутым управляющим блоком (62) зарядки для подключения с возможностью переключения упомянутого зарядного конденсатора к узлу (60) между упомянутым блоком (52) входной мощности и упомянутым блоком (54) преобразования мощности для предоставления энергии, хранимой в упомянутом зарядном конденсаторе, блоку (54) преобразования мощности, и

- управляющий блок (66) переключателя для управления упомянутым переключателем (64).

3. Приводное устройство (50е) по п. 1,

в котором упомянутый управляющий блок (58) соединен с выходом блока (54) преобразования мощности, причем упомянутый управляющий блок (58) содержит:

- переключатель (64) для подключения с возможностью переключения упомянутого зарядного конденсатора (56) к узлу (60) между упомянутым блоком (52) входной мощности и упомянутым блоком (54) преобразования мощности для предоставления энергии, хранимой в упомянутом зарядном конденсаторе (56), блоку (54) преобразования мощности, и

- управляющий блок (66) переключателя для управления упомянутым переключателем (64).

4. Приводное устройство (50d, 50е) по п. 2 или 3,

в котором упомянутый управляющий блок (66) переключателя выполнен с возможностью управления упомянутым переключателем (64) для подключения упомянутого зарядного конденсатора (56) к упомянутому блоку (54) преобразования мощности для питания упомянутой нагрузки (22), когда упомянутое напряжение (V52) питания падает ниже порога переключения (ST), и для отсоединения упомянутого зарядного конденсатора (56) от упомянутого блока (22) преобразования мощности, когда напряжение (V56) конденсатора падает ниже упомянутого порога переключения (ST).

5. Приводное устройство (50d, 50е) по п. 2 или 3,

в котором упомянутый порог переключения (ST) соответствует напряжению (V54) нагрузки на нагрузке (22) или напряжению, которое чуть выше, чем напряжение (V54) нагрузки.

6. Приводное устройство (50с) по п. 1,

в котором упомянутый управляющий блок (58) соединен с выходом блока (54) преобразования мощности, причем упомянутый управляющий блок (58) содержит двунаправленный управляющий блок зарядки для зарядки зарядного конденсатора (56) напряжением (V54) нагрузки на упомянутой нагрузке (22) до напряжения (V56) конденсатора, которое может быть по существу выше, чем напряжение (V54) нагрузки.

7. Приводное устройство (50с, 50d, 50е) по п. 2, 3 или 6,

в котором упомянутый управляющий блок (62) зарядки выполнен с возможностью управления временным планированием, в частности временем начала, временем остановки и продолжительностью зарядки упомянутого зарядного конденсатора (56).

8. Приводное устройство (50с, 50d, 50е) по п. 2, 3 или 6,

в котором упомянутый управляющий блок (62) зарядки выполнен с возможностью управления временным планированием зарядки упомянутого зарядного конденсатора (56) так, чтобы зарядный конденсатор (56) заряжался во время периода зарядки (Т_с), где напряжение (V52) питания выше порога зарядки (СТ).

9. Приводное устройство (50с, 50d, 50е) по п. 2, 3 или 6,

в котором упомянутый управляющий блок (62) зарядки выполнен с возможностью управления скоростью, формой и/или степенью зарядки упомянутого зарядного конденсатора.

10. Приводное устройство (50d, 50е) по п. 3, в котором упомянутый управляющий блок (62) зарядки содержит повышающий преобразователь.

11. Приводное устройство (50а-50е) по п. 1,

в котором упомянутый блок (52) питания содержит выпрямительный блок для выпрямления обеспеченного входного напряжения (V20) переменного тока в выпрямленное периодическое напряжение (V52) питания.

12. Способ приведения в действие для приведения в действие нагрузки (22), в частности LED-блока, содержащего один или более LED (23), причем упомянутый способ приведения в действие содержит этапы, на которых:

- принимают входное напряжение (V20) от внешнего источника питания,

- обеспечивают выпрямленное напряжение (V52) питания,

- преобразуют посредством блока (54) преобразования мощности упомянутое напряжение (V52) питания в ток (154) нагрузки для питания нагрузки (22),

- сохраняют заряд для питания нагрузки (22), когда из упомянутого внешнего источника (20) питания в заданный момент извлечено недостаточно энергии для питания блока (54) преобразования мощности, и

- управляют зарядкой упомянутого зарядного конденсатора (56) упомянутым напряжением (V52) питания до напряжения (V56) конденсатора, которое может быть выше, чем пиковое напряжение

упомянутого напряжения (V52) питания, и для питания блока (54) преобразования мощности.

13. Устройство освещения, содержащее:

- осветительную сборку, содержащую один или более осветительных блоков, в частности LED-блок, содержащий один или более LED (23), и

- приводное устройство (50а-50е) для приведения в действие упомянутой осветительной сборки по любому из пп. 1-11.