ПЛАВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫЧИСЛЯЕМОЙ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА Российский патент 2017 года по МПК H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом направлено на управление твердотельными источниками света с регулируемой яркостью света. Более конкретно, различные новые способы и устройства, раскрытые в документе, относятся к плавной регулировке света, выводимого твердотельным источником света с регулируемой яркостью света в ответ на изменения фазового угла регулирования яркости света.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цифровая светотехника, то есть освещение на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (LED), предлагает вескую альтернативу традиционным флуоресцентным, HID (галогенным) лампам и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды использования светодиодов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и оптическую эффективность, долговечность, более низкие эксплуатационные расходы и многое другое. Недавние усовершенствования в светотехнике на основе LED обеспечили эффективные и надежные широкодиапазонные источники освещения, которые дают возможность различных световых эффектов во многих применениях. Некоторые виды оборудования, заключающего в себе такие источники, представляют собой осветительный модуль, включающий в себя один или несколько LED, способных выдавать различные цвета, например, красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления выходом светодиодов, чтобы формировать множество цветов и световых эффектов изменения цвета, например, как обсуждено подробно в патентах США с порядковыми номерами №6016038 и 621626, которые тем самым включены в документ путем ссылки.

В различной обычной осветительной аппаратуре на светодиодах встроенный микропроцессор должен определять запрошенную яркость света, выводимую LED источником света, путем измерения информации регулирования яркости света, предоставленной регулятором яркости света. Например, фазовый угол регулирования яркости света можно измерять и использовать в качестве указателя требуемой яркости. Однако выход регулятора яркости света может изменяться от одной фазы к следующей, вызывая зашумленный ввод в микропроцессор. Если ввод в микропроцессор отображается непосредственно в яркость светодиодной осветительной аппаратуры, выводимый свет заметно мерцает.

Таким образом, в области техники имеется потребность в эффективном управлении светом, выводимым светодиодной осветительной аппаратурой в ответ на изменения фазового угла регулирования яркости света, чтобы обеспечивать возможность плавных переходов между уровнями регулирования яркости света без заметного мерцания или других отрицательных эффектов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие направлено на новые способ и устройство, предназначенные для плавной регулировки света, выводимого твердотельным источником света в ответ на работу регулятора яркости света, путем непрерывного определения скорости изменения выходного сигнала, чтобы фильтровать ввод регулятора яркости света.

В целом, в одном аспекте изобретение относится к способу плавного регулирования яркости света твердотельного (SSL) источника света. Способ включает в себя измерение фазового угла регулирования яркости света для напряжения, принимаемого от регулятора яркости света; определение целевой яркости света, подлежащего выводу SSL источником света, в соответствии с фазовым углом регулирования яркости света; определение текущей яркости света, в текущий момент выводимого SSL источником света; и определение скорости изменения выходного сигнала на основании текущей яркости и целевой яркости. Текущая яркость света, в текущий момент выводимого SSL источником света, регулируется до целевой яркости с использованием нелинейной скорости изменения выходного сигнала.

В другом аспекте изобретение относится к системе для управления уровнем света, выводимого SSL источником света в ответ на регулятор яркости света, который включает в себя детектор фазового угла регулирования яркости света и преобразователь питания. Детектор фазового угла регулирования яркости света сконфигурирован с возможностью детектировать фазовый угол регулирования яркости света для регулятора яркости света на основании выпрямленного напряжения от регулятора яркости света, вычислять скорость изменения выходного сигнала на основании целевой яркости света, указанной детектированным фазовым углом регулирования яркости света, и текущей яркости света, в текущий момент выводимого твердотельным источником света, и формировать сигнал управления питанием на основании фазового угла регулирования яркости света и вычисленной скорости изменения выходного сигнала. Преобразователь питания сконфигурирован с возможностью обеспечивать выходное напряжение на SSL источник света в ответ на выпрямленное напряжение от регулятора яркости света и сигнал управления питанием от детектора фазового угла регулирования яркости света.

В еще одном аспекте читаемый компьютером носитель, хранящий машинный код, исполнимый процессором, обеспечивается для плавного регулирования SSL источника света. Читаемый компьютером носитель включает в себя код фазового угла регулирования яркости света, предназначенный для детектирования фазового угла регулирования яркости света для напряжения, принимаемого от регулятора яркости света; код целевой яркости для определения целевой яркости света, подлежащего выводу SSL источником света, в соответствии с фазовым углом регулирования яркости света; код текущей яркости для определения текущей яркости света, в текущий момент выводимого SSL источником света; код скорости изменения выходного сигнала для определения скорости изменения выходного сигнала на основании текущей яркости и целевой яркости; и код сигнала управления питанием для определения сигнала управления питанием на основании, по меньшей мере отчасти, определенной скорости изменения выходного сигнала. Текущая яркость света, выводимого SSL источником света, плавно регулируется, чтобы соответствовать целевой яркости, в ответ на сигнал управления питанием.

Как используется в документе в целях настоящего раскрытия, термин "LED" следует понимать охватывающим любой электролюминесцентный диод или другой тип устройства на основе инжекции носителей/перехода, способного генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин LED включает в себя, но не ограничивается указанным, различные полупроводниковые структуры, которые излучают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные полоски и т.п. В частности термин LED относится к светодиодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконфигурированы, чтобы формировать излучение в одном или нескольких спектрах из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных порций видимого спектра (обычно включающих длины волн излучения приблизительно от 400 нанометров приблизительно до 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но не ограничиваются указанными, различные типы LED инфракрасного диапазона, LED ультрафиолетового диапазона, светодиоды красного свечения, светодиоды синего свечения, светодиоды зеленого свечения, светодиоды желтого свечения, светодиоды янтарного свечения, светодиоды оранжевого свечения и светодиоды белого свечения (обсуждаемые ниже в документе). Также следует оценить, что светодиоды могут быть сконфигурированными и/или управляемыми, чтобы генерировать излучение, имеющее различные полосы пропускания (например, значения полной ширины на уровне полумаксимума, или FWHM) для данного спектра (например, узкая полоса пропускания, широкая полоса пропускания) и множество определяющих цветовой тон длин волн в рамках данной общей цветовой классификации.

Например, одно исполнение LED, сконфигурированного, чтобы генерировать по существу белый свет (например, LED белого свечения), может включать несколько кристаллов, которые соответственно излучают различные спектры электролюминесценции, которые, в комбинации смешиваются, чтобы образовать по существу белый свет. В другом исполнении LED белого света может быть связан с кристаллическим люминофором, который преобразовывает электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере такого исполнения электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкий спектр полосы пропускания, "накачивает" люминесцентный материал, который в свою очередь излучает излучение большей длины волны, имеющее несколько более широкий спектр.

Следует понимать, что термин LED не ограничивает физический и/или электрический тип LED модуля. Например, как обсуждено выше, LED может относиться к одиночному светоизлучающему устройству, имеющему множество кристаллов, которые сконфигурированы, чтобы соответственно излучать различные спектры излучения (например, которые могут, или не могут управляться индивидуально). Кроме того, LED может быть связан с люминофором, который рассматривается неотъемлемой частью LED (например, некоторые типы LED белого свечения). В целом, термин LED может относиться к пакетированным LED (в корпусе), непакетированным LED (без корпуса), LED поверхностного монтажа, LED «кристалл на плате», LED в корпусе типа T, LED в корпусе радиального типа, LED в рассеивающем большую мощность корпусе, светодиоды, включающие в себя некоторый тип оболочки и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу), и т.д.

Термин "источник света" следует понимать для ссылки на любой один или несколько из множества источников излучения, включающих в себя, но не ограниченных указанным, источники на основе LED (включая один или несколько типов LED, как определено выше), источники с нитью накала (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцирующие источники, разрядные источники-лампы высокой интенсивности (например, лампы натриевые, ртутные и металлогалогенидные), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиролюминесцентные источники (например, вспышки), газово- люминесцентные источники (например, газовые светильники, дуговые угольные лампы), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодолюминесцентные источники, использующие электронное насыщение, гальвано-люминесцентные источники, кристалло-люминесцентные источники, кине-люминесцентные источники, термо-люминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Данный источник света может быть сконфигурирован, чтобы создавать электромагнитное излучение внутри видимого спектра, вне видимого спектра, или комбинацию обоих. Следовательно, термины "свет" и "излучение" используются взаимозаменяемо в документе. Кроме того, источник света может включать в качестве составного компонента один или несколько фильтров (например, цветовых фильтров), линзы или другие оптические компоненты. Кроме того, следует понимать, что источники света могут быть сконфигурированы для различных применений, включающих в себя, но не ограниченных указанными, индикацию, визуальное отображение и/или освещение. "Источник освещения" является источником света, который конкретно сконфигурирован, чтобы создавать излучение, имеющее достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте, "достаточная интенсивность" относится к достаточной мощности излучения в видимой области спектра, созданного в пространстве или окружающей среде (единица "люмен" часто используется для представления полного света, выводимого из источника света, во всех направлениях в терминах мощности излучения или "светового потока") для обеспечения окружающего освещения (то есть, света, который может восприниматься косвенно и может быть, например, отраженным одной или большим количеством различных промежуточных поверхностей до его восприятия полностью или частично).

Термин "спектр" следует понимать для ссылки на любую одну или большее количество частот (или длин волн) излучения, выдаваемых одним или несколькими источниками света. Соответственно, термин "спектр" относится к частотам (или длинам волн) не только в видимом диапазоне, но также и частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой, и других областях полного спектра электромагнитного излучения. Кроме того, данный спектр может иметь относительно узкую полосу пропускания (например, FWHM с наличием по существу малого числа компонентов частот или длин волн) или относительно широкую полосу пропускания (несколько компонентов частот или длин волн, имеющих различные относительные интенсивности). Нужно также оценить, что данный спектр может быть результатом смешения двух или большего числа других спектров (например, смешения излучения, соответственно излучаемого от множественных источников света).

Термин "осветительная аппаратура" используется в документе для ссылки на исполнение или компоновку одного или нескольких осветительных модулей в особом конструктиве, (формфакторе), сборке или корпусе. Термин "осветительный модуль" используется в документе для ссылки на устройство, включающее в себя один или несколько источников света одинакового типа или различных типов. Данный осветительный модуль может быть любым из множества монтажных устройств для источника(ов) света, компоновок и форм оболочки/корпуса и/или конфигураций электрических и механических соединений. Кроме того, данный осветительный модуль необязательно может быть связан с (например, включать в себя, являться соединенным с и/или упакованным вместе с) различными другими компонентами (например, схемой управления), относящимися к работе источника(ов) света. "Осветительный модуль на основе LED" относится к осветительному модулю, который включает в себя один или несколько источников света на основе LED, как обсуждено выше, единственно или в комбинации с другими источниками света не на основе LED. "Многоканальный" осветительный модуль относится к осветительному модулю на основе LED или не на основе LED, который включает в себя, по меньшей мере, два источника света, сконфигурированных, чтобы соответственно формировать различные спектры излучения, причем каждый отличающийся спектр источника может именоваться как "канал" многоканального - осветительного модуля.

Термин "контроллер" используется в документе обычно для описания различных устройств, относящихся к работе одного или нескольких источников света. Контроллер может быть осуществлен многими способами (например, таким как специализированными аппаратными средствами), чтобы выполнить различные функции, обсужденные в документе. "Процессор" является одним примером контроллера, который использует один или несколько микропроцессоров, которые можно программировать с использованием программного обеспечения (например, микрокода), чтобы выполнить различные функции, обсужденные в документе. Контроллер может быть осуществлен с применением или без применения процессора, а также может быть осуществлен в виде комбинации специализированных аппаратных средств, чтобы выполнять некоторые функции, и процессора (например, одного или нескольких запрограммированных микропроцессоров и связанного с ними схемного решения), чтобы выполнять другие функции. Примеры компонентов контроллера, которые могут использоваться в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия, включают в себя, но не ограничиваются указанным, обычные микропроцессоры, микроконтроллеры, проблемно-ориентированные интегральные микросхемы (ASIC), и программируемые вентильные матрицы (FPGA).

В различных исполнениях процессор или контроллер могут быть связаны с одним или несколькими носителями данных (в общем именуемых в документе "память", например, энергозависимая и энергонезависимая машинная память, такая как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, накопители на дискетах, компакт-дисках, оптических дисках, магнитной ленте, и т.д.). В некоторых исполнениях носители данных могут быть кодированными одной или несколькими программами, которые при исполнении на одном или нескольких процессорах и/или контроллерах, выполняют, по меньшей мере, некоторые из функций, обсужденных в документе. Различные носители данных могут быть фиксированными внутри процессора или контроллера или могут быть мобильными, так что одна или несколько программ, сохраненных на них, могут загружаться в процессор или контроллер с тем, чтобы осуществлять различные аспекты данного изобретения, обсужденного в документе. Термины "программа" или "компьютерная программа" используются в документе в общем смысле для ссылки на любой тип машинного кода (например, программное обеспечение или микрокод), который может использоваться, чтобы запрограммировать один или несколько процессоров или контроллеров.

В одном сетевом осуществлении одно или несколько устройств, соединенных с сетью, могут использоваться в качестве контроллера для одного или нескольких других устройств, соединенных с сетью (например, в связи ведущий/ведомый). В другом исполнении сетевая среда может включать в себя один или несколько специализированных контроллеров, которые сконфигурированы для управления одним или большим количеством устройств, подключенных к сети. Обычно, каждое устройство из множества устройства, соединенных с сетью, может иметь доступ к данным, которые присутствуют в среде или средах связи; однако, данное устройство может быть "адресуемым" в том, что оно сконфигурировано для выборочного обмена информацией с (то есть приемы данных из и/или передачи данных на) сетью на основе, например, одного или нескольких особых идентификаторов (например, "адресов"), назначенных ему.

Термин "сеть", как используется в документе, относится к любой взаимосвязи двух или большего количества устройств (включая контроллеры или процессоры), которые содействуют переносу информации (например, для управления устройством, хранения данных, обмена данными и т.д.) между любыми двумя или большим количеством устройств и/или между множеством устройств, соединенных с сетью. Как будет оценено, различные исполнения сетей, подходящих для комплексирования множества устройств, могут включать в себя любую из множества топологий сетей и использовать любое множество протоколов связи. Кроме того, в различных сетях согласно настоящему раскрытию, любое соединение между двумя устройствами может представлять специализированное соединение между этими двумя системами, или альтернативно - неспециализированное соединение. В дополнение к переносу информации, предназначенному для этих двух устройств, такое неспециализированное соединение может нести информацию, не обязательно предназначенную для любого из этих двух устройств (например, открытое сетевое соединение). Кроме того, следует легко оценить, что различные сети устройств, как обсуждено в документе, могут использовать одну линию или несколько из беспроводной, проводной/кабельной и/или волоконно-оптической линий связи, чтобы содействовать перемещению информации по всей сети.

Следует оценить, что все комбинации предшествующих понятий и дополнительных понятий, обсужденных более подробно ниже (если такие понятия не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются являющимися частью объекта изобретения, раскрытого в документе. В частности все комбинации заявляемого объекта изобретения, представленного в конце данного раскрытия, рассматриваются являющимися частью объекта изобретения, раскрытого в документе. Следует также оценить, что терминология, явно используемая в документе, которая также может появляться в любом раскрытии, включенном по ссылке, должна быть соответственной значению, наиболее совместимому с конкретными понятиями, раскрытыми в документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах, одинаковые ссылочные позиции обычно относятся к одним и тем же частям по всем различным видам. Кроме того, чертежи не обязательно приведены в масштабе, вместо этого акцент дается на иллюстрирование принципов изобретения.

Фиг. 1 - упрощенная блок-схема, показывающая систему освещения с регулируемой яркостью света, включающую в себя схему определения скорости изменения выходного сигнала, согласно показательному примеру осуществления.

Фиг. 2A и 2B - упрощенные принципиальные схемы, показывающие систему освещения с регулируемой яркостью света с включением схемы определения скорости изменения выходного сигнала, согласно показательным примерам осуществления.

Фиг. 3 - структурная схема, показывающая управление регулированием для твердотельного источника света с использованием определения скорости изменения выходного сигнала, согласно показательному примеру осуществления.

Фиг. 4 - показ кривых, иллюстрирующих ошибку яркости в зависимости от скорости изменения выходного сигнала, согласно показательным примерам осуществления.

Фиг. 5A-5C - показ форм сигнала дискрет и соответствующих представленных в цифровой форме импульсов для регулятора яркости света, согласно показательному примеру осуществления.

Фиг. 6 - последовательность операций, показывающая процесс детектирования фазового угла регулирования яркости света для регулятора яркости света, согласно показательному примеру осуществления.

Фиг. 7 - последовательность операций, показывающая процесс детектирования фазового угла регулирования яркости света для регулятора яркости света, согласно другому показательному примеру осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В следующем подробном описании с целью пояснения, а не ограничения, излагаются показательные примеры осуществления, раскрывающие конкретные детали для обеспечения полного понимания идей настоящего изобретения. Однако среднему специалисту в данной области техники, понявшему преимущества настоящего раскрытия, будет очевидно, что другие исполнения согласно настоящим указаниям, которые выходят за рамки конкретных деталей, раскрытых в документе, остаются в рамках прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, описания известных устройств и способов могут опускаться, чтобы не затенять описание показательных примеров осуществления. Такие способы и устройства находятся, безусловно, в рамках настоящего описания.

Заявители признали и оценили, что будет полезным обеспечить схему, способную обеспечивать операции по плавному регулированию яркости света LED или других твердотельных источников света, например, для предотвращения мерцания и/или видимых перепадов уровней яркости.

Таким образом, согласно различным примерам осуществления, используется способ управления скоростью изменения выходного сигнала, посредством которого скорость изменения выходного сигнала является определяемой и/или изменяется непрерывно, например, с заранее установленной частотой дискретизации, в зависимости от разности между текущей яркостью света, выводимого твердотельным источником света и целевой яркостью света, выводимого твердотельным источником света, как указано настройкой регулятора яркости света. Управление скоростью изменения выходного сигнала дает возможность плавного перехода света в ответ на работу регулятора яркости света, если есть, и иначе - удаляет мерцание. Это препятствует беспорядочному поведению яркости прибора, поскольку подаваемый фазовый угол регулирования яркости света может иметь шумы от одной фазы к следующей.

На Фиг. 1 показана упрощенная последовательность операций, показывающая систему освещения с регулируемой яркостью света, включающую в себя схему определения скорости изменения выходного сигнала, согласно показательному примеру осуществления.

Со ссылкой на Фиг. 1, система 100 освещения с регулируемой яркостью света включает в себя регулятор 104 яркости света и выпрямитель 105, который обеспечивает (регулируемое по яркости света) выпрямленное напряжение Urect от сети 101 напряжения. Сеть 101 напряжения может обеспечивать различные невыпрямленные входные напряжения сети переменного тока, такие как 100В AC (вольт напряжения переменного тока), 120В AC, 230В AC и 277В AC, согласно различному исполнению. Регулятор 104 яркости света является регулятором яркости света с ограничением фазы (импульсной модуляцией), или ELV регулятором яркости света, например, который обеспечивает способность регулирования согласно отсечке по переднему фронту (регулятор яркости света по переднему фронту) или заднему фронту (регулятор яркости света по заднему фронту) для формы сигнала напряжения от сети 101 напряжения в ответ на оперирование по вертикали своим ползунком 104a. Обычно, величина выпрямленного напряжения, Urect является пропорциональной уровню регулирования яркости света, установленному регулятором 104 яркости света, так что нижний фазовый угол регулирования яркости света или уровень регулирования яркости света имеют результатом более низкое выпрямленное напряжение Urect. В изображенном примере ползунок перемещают вниз, чтобы уменьшить фазовый угол регулирования яркости света, уменьшающий количество света, выводимое твердотельным источником 130 света, и перемещают вверх, чтобы увеличить фазовый угол регулирования яркости света, увеличивающий количество света, выводимое твердотельным источником 130 света, хотя могут быть включены различные альтернативные конфигурации.

Система 100 освещения с регулируемой яркостью света дополнительно включает в себя детектор 110 фазового угла регулирования яркости света и преобразователь 120 питания. Обычно детектор 110 фазового угла регулирования яркости света детектирует фазовый угол регулирования яркости света для регулятора 104 яркости света на основе выпрямленного напряжения Urect и выводит сигнал управления питанием через шину 129 управления на преобразователь 120 питания. Сигнал управления питанием может быть сигналом широтно-импульсной модуляции (PWM) или другим цифровым сигналом, например, и может периодически изменяться между высоким и низким уровнями в соответствии с коэффициентом заполнения, определяемым детектором 110 фазового угла регулирования яркости света на основании детектированного фазового угла регулирования яркости света. Коэффициент заполнения может иметь значения приблизительно от 100 процентов (например, постоянно на высоком уровне) до приблизительно нулевого процента (например, постоянно на низком уровне), и включает в себя любой промежуточный процент, чтобы регулировать надлежаще настройку питания преобразователя 120 питания для управлением уровнем света, излучаемого твердотельным источником 130 света, как обсуждено ниже.

В различных вариантах осуществления преобразователь 120 питания принимает выпрямленное напряжение Urect от выпрямителя 105, и выводит соответствующее выходное напряжение постоянного тока (DC) для питания твердотельного источника 130 света. Преобразователь 120 питания осуществляет преобразование между выпрямленным напряжением Urect и напряжением постоянного тока на основании величины напряжения, выводимого из регулятора 104 яркости света через выпрямитель 105, и/или значения режима питания для сигнала управления питанием, подаваемого детектором 110 фазового угла регулирования яркости света через шину 129 управления. Величина напряжения, выводимого из регулятора 104 яркости света, может быть установлена оперированием ползунком 104a.

Значение сигнала управления питанием устанавливается детектором 110 фазового угла регулирования яркости света в соответствии с заранее установленной управляющей функцией или алгоритмом, включая определение и применение скорости изменения выходного сигнала, согласно различным примерам осуществления, обсужденным ниже со ссылкой на Фиг. 3. Напряжение постоянного тока, выводимое преобразователем 120 питания, таким образом, отражает фазовый угол регулирования яркости света (то есть, уровень регулирования яркости света), применяемый регулятором 104 яркости света, а также регулировки, компенсирующие разности между требуемым (или целевым) световым выходом, указанным фазовым углом регулирования яркости света и фактическим (или текущим) светом, в текущий момент выводимым из твердотельного источника 130 света. Функция для преобразования между выпрямленным напряжением Urect и напряжением постоянного тока может также зависеть от дополнительных факторов, таких как характеристики преобразователя 120 питания, тип и конфигурация твердотельного источника 130 света, и других прикладных и конструктивных требований различных реализаций, как будет очевидно среднему специалисту в данной области техники.

В различных вариантах осуществления выпрямитель 105, детектор 110 фазового угла регулирования яркости света, преобразователь 120 питания и твердотельный источник 130 света могут быть включены в осветительный модуль, такой как LED лампа, которая может быть модернизирована для использования с обычными ламповыми патронами, разработанными для ламп накаливания. Такой осветительный модуль может дополнительно включать в себя в себя различную оптику (не показано), если необходимо, чтобы удовлетворять специфическим для проекта требованиям, таким как формирование луча и/или цветовое влияние.

Фиг. 2A и 2B являются упрощенными принципиальными схемами, показывающими систему управления регулированием света, включающими в себя схему определения скорости изменения выходного сигнала, согласно показательным примерам осуществления. Общие компоненты на Фиг. 2A и 2B подобны таковым по Фиг. 1, хотя обеспечивается больше подробностей относительно различных показательных компонентов в соответствии с иллюстративными конфигурациями. Конечно, могут быть реализованы другие конфигурации без выхода за рамки объема настоящих указаний.

Со ссылкой на Фиг. 2A, с целью пояснения система 200A управления регулированием света включает в себя выпрямитель 205, детектор 210A фазового угла регулирования яркости света (пунктирный прямоугольник), преобразователь 220 питания и LED источник 230 света. Как обсуждено выше относительно выпрямителя 105, выпрямитель 205 соединен с регулятором яркости света (не показан), обозначенный входами dim hot (подключение к питанию) и dim neutral (нейтраль), для приема (регулируемого по яркости света) невыпрямленного напряжения от сети напряжения (не показано). В изображенной конфигурации выпрямитель 205 включает в себя четыре диода D201-D204, соединенные между узлом N2 выпрямленного напряжения и напряжением земли. Узел N2 выпрямленного напряжения принимает (регулируемое по яркости света) выпрямленное напряжение Urect и соединен на землю через конденсатор C215 фильтра ввода, соединенный параллельно с выпрямителем 205.

Детектор 210A фазового угла регулирования яркости света детектирует фазовый угол регулирования яркости света (уровень регулирования яркости света) на основании выпрямленного напряжения Urect, и определяет скорость изменения выходного сигнала на основании детектированного фазового угла регулирования яркости света и количества света, в текущий момент выводимого LED источником 230 света. Требуемое количество света, подлежащее выводу LED источником 230 света (указанное фазовым углом регулирования яркости света), может именоваться "целевая яркость", и количество света, в текущий момент выводимое LED источником 230 света, может именоваться "текущая яркость". Скорость изменения выходного сигнала может быть нелинейной, так что относительно малые изменения фазового угла регулирования яркости света, например, обусловленные шумами регулятора яркости света и/или незначительными регулировками настроек регулятора яркости света, вызывают медленные изменения текущей яркости света, выводимого LED источником 230 света, и относительно большие изменения фазового угла регулирования яркости света, например, обусловленные значительными регулировками или регулировками с большим шагом фазового угла регулирования яркости света, вызывают быстрые (все еще плавные) изменения текущей яркости.

Детектор 210A фазового угла регулирования яркости света выводит цифровой сигнал управления питанием с цифрового, или PWM вывода 219 через шину управления 229 на преобразователь 220 питания, чтобы управлять работой LED источника 230 света. Это позволяет детектору 210A фазового угла регулирования яркости света регулировать выборочно величину питания, подаваемого от входной питающей сети на LED источник 230 света, на основании детектированного фазового угла регулирования яркости света, а также скорости изменения выходного сигнала, которая может вычисляться постоянно. В изображенном показательном примере осуществления сигналом управления питанием является сигнал PWM, имеющий коэффициент заполнения, определяемый детектором 210A фазового угла регулирования яркости света, соответствующий режиму питания, который будет обеспечиваться на преобразователь 220 питания.

Кроме того, в изображенном показательном примере осуществления детектор 210A фазового угла регулирования яркости света включает в себя микроконтроллер 215, который использует формы сигнала выпрямленного напряжения Urect для определения фазового угла регулирования яркости света, и выводит сигнал управления питанием PWM через PWM вывод 219. В различных вариантах осуществления микроконтроллером 215 может быть микропроцессор ATtiny 84, доступный от корпорации Atmel Corporation, например, хотя другие типы микроконтроллеров или другие процессоры могут быть включены без выхода за рамки объема настоящий указаний. Например, функциональность микроконтроллера 215 может быть осуществлена одним или несколькими процессорами и/или контроллерами и соответствующей памятью, которая может быть запрограммирована с использованием программного обеспечения или микропрограммного обеспечения для выполнения различных функций, или может быть осуществлена в виде комбинации специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или нескольких запрограммированных микропроцессоров и связанного схемного решения), чтобы выполнять другие функции. Примеры компонентов контроллера, которые могут использоваться в различных вариантах осуществления, включают в себя, но не ограничиваются указанным, обычные микропроцессоры, микроконтроллеры, схемы ASIC и FPGA, как обсуждено выше.

Преобразователь 220 питания принимает выпрямленное напряжение Urect в узле N2 выпрямленного напряжения, и преобразовывает выпрямленное напряжение Urect в соответствующее напряжение постоянного тока для питания LED источника 230 света, под управлением сигнала управления питанием PWM, обеспечиваемого детектором 210A фазового угла регулирования яркости света. В различных вариантах осуществления преобразователем 220 питания может быть L6562, доступный от компании ST Microelectronics, например, хотя другие типы преобразователей питания или другие электронные трансформаторы и/или процессоры могут включаться в состав, без выхода за рамки объема настоящих указаний. LED источник 230 света включает в себя несколько LED, соединенных последовательно, указанные показательными LED 231 и 232, между выходом преобразователя 220 питания и землей. Величина тока нагрузки через LED источник 230 света, и таким образом количество света, излучаемого LED источником 230 света, является управляемой непосредственно величиной мощности, выводимой преобразователем 220 питания. Как упомянуто выше, величина мощности, выводимой преобразователем 220 питания, управляется согласно величине выпрямленного напряжения Urect и сигналу управления питанием PWM, обеспечиваемого детектором 210A фазового угла регулирования яркости света.

Фигура Фиг. 3 представляет последовательность операций, показывающую управление регулированием твердотельного источника света с использованием определения скорости изменения выходного сигнала, согласно показательному примеру осуществления. Операции, показанные на Фиг. 3, могут осуществляться, например, микропрограммным обеспечением и/или программным обеспечением, исполняемым микроконтроллером 215, 255, показанным на Фиг. 2A, 2B, например, или в более общем смысле - детектором 110, 210A, 210B фазового угла регулирования яркости света, хотя другие исполнения могут включены без выхода за рамки объема настоящих указаний.

Со ссылкой на Фиг. 3, регулируемое по яркости света выпрямленное напряжение принимают (например, детектор 210A, 210B фазового угла регулирования яркости света и/или микроконтроллер 215, 255) в операции S321. Регулируемое по яркости света выпрямленное напряжение может иметь усеченную форму волны, например, которая соответствует уровню регулирования яркости света, установленному в регуляторе яркости света. Фазовый угол регулирования яркости света измеряется в операции S322 на основании регулируемого по яркости света выпрямленного напряжения. Иллюстративные процессы для измерения фазового угла регулирования яркости света обсуждаются со ссылкой на Фиг. 5A-5C, 6 и 7, ниже в документе, хотя любой способ измерения фазового угла регулирования яркости света может быть включен без выхода за рамки объема настоящих указаний.

Целевая яркость света, подлежащего выводу твердотельным источником света (например, твердотельным источником 120 света, LED источником 230 света), определяется в операции S323 на основании фазового угла регулирования яркости света, измеренного в операции S322. В операции S324 определяется текущая яркость света, в текущий момент выводимого твердотельным источником света. Например, для определения текущей яркости, микроконтроллер 215 просто может основываться на настройке яркости, применяемой в текущий момент (например, посредством цифрового сигнала управления питанием), или может извлекать настройку яркости из памяти. Альтернативно, микроконтроллер 215 может принимать обратную связь от контроллера 220 питания и/или LED источника 230 света, указывающую количество света, фактически выводимое LED источником 230 света. Кроме того, подразумевается, что целевая яркость и текущая яркость могут определяться в любом порядке или одновременно.

В операции S325 определяют скорость изменения выходного сигнала на основании целевой яркости и текущей яркости, определенных в операциях S323 и S324. Например, скорость изменения выходного сигнала можно вычислять по Уравнению (1), в котором SR - скорость изменения выходного сигнала, Bc - текущая яркость, Bt - целевая яркость, и N - нормировочная постоянная:

Уравнение (1)

Абсолютное значение разности между текущей яркостью (Bc) и целевой (Bt) яркостью может именоваться "ошибка яркости". Значение нормировочной постоянной N выбирают, чтобы управлять скоростью изменения выходного сигнала для достижения требуемого отклика. Обычно, нормировочная постоянная N имеет заранее установленное значение, используемое для приведения больших значений скорости изменения выходного сигнала в практический диапазон для работы контроллера 220 питания и/или LED источника 230 света. Например, нормировочная постоянная может быть установлена в значение 5000. Конечно, другие значения нормировочной постоянной N могут включаться, чтобы обеспечить уникальное преимущество для любой конкретной ситуации или удовлетворять специфическим для применения проектным требованиям различных исполнений, как будет очевидным специалисту в данной области техники. Значение нормировочной постоянной N зависит отчасти от частоты, с которой вычисляют скорость изменения выходного сигнала, обсуждаемую ниже, а также разрешающей способности света, выводимого LED источником 230 света. Конечно, другие формулы могут применяться для вычисления скорости изменения выходного сигнала в операции S325 без выхода за рамки объема настоящих указаний.

В операции S326 текущая яркость света, выводимого LED источником 230 света, регулируется с использованием скорости изменения выходного сигнала, определенной в операции S326. Согласно различным примерам осуществления, текущая яркость регулируется плавно в том, что нет видимого мерцания в течение регулировки и/или нет никаких больших ступенек или скачков в уровне света, выводимого твердотельной осветительной нагрузкой, иначе известных как эффект "резиновой нити".

В примере осуществления скоростью изменения выходного сигнала управляют постоянно в том, что значение скорости изменения выходного сигнала повторно вычисляется несколько раз в секунду, чтобы обеспечить плавные регулировки текущей яркости. Более подробно, скорость изменения выходного сигнала может вычисляться и применяться приблизительно с той же частотой, что и для определения фазового угла регулирования яркости света. Например, микроконтроллер 215 может измерять фазовый угол регулирования яркости света (в операции S322) в течение каждого полупериода напряжения сети переменного тока, каковое представляет приблизительно 100-120 раз в секунду для напряжения 120В сети переменного тока. Поэтому, микроконтроллер 215 в состоянии определять новую скорость изменения выходного сигнала и обновлять свой выходной сигнал управления питанием соответственно с подобной частотой, то есть, приблизительно 100 раз в секунду. Конечно, микроконтроллер 215 может измерять фазовый угол регулирования яркости света (в операции S322) более часто, чем каждый полупериод напряжения сети переменного тока, каковое обычно обеспечивает более плавный внешний вид изменений в текущей яркости выходного света. В ответ на обновленный сигнал управления питанием контроллер 220 питания регулирует текущую яркость света, выводимого LED источником 230 света. Согласно выбору способа скорости изменения выходного сигнала интеллектуально, существует небольшой гистерезисный элемент в том, что целевая яркость должна измениться, по меньшей мере, на некоторую минимальную величину относительно текущей яркости, чтобы измениться вообще. Текущая яркость LED источника 230 света таким образом изменяется плавно почти таким же образом, как и у лампы накаливания, и не имеет место видимое мерцание.

В случае нелинейной скорости изменения выходного сигнала, как в примере, обсужденном относительно Уравнения (1), текущая яркость света, выводимого твердотельным источником света, более быстро реагирует на фазовый угол регулирования яркости света, когда положение регулятора яркости света быстро перемещают. Другими словами, твердотельный источник света является более быстро управляемым для изменения текущей яркости выводимого света, когда имеет место большой шаг в уставке (настройке) регулятора яркости света. Кроме того, как упомянуто выше, малые изменения, например, обусловленные шумом регулятора яркости света или малыми шагами уставки регулятора яркости света, приводят к очень медленным изменениям текущей яркости, и в определенных условиях, отсутствию изменения текущей яркости вовсе, например, когда изменения имеют значения ниже порогового, поддерживаемого аппаратными средствами. Соответственно, различные исполнения предотвращают изменение текущей яркости случайным шумом. Пример большого шага в уставке регулятора яркости света - по существу мгновенное изменение целевой яркости приблизительно на 20 процентов или более, и пример малого шага в уставке регулятора яркости света - по существу мгновенное изменение целевой яркости приблизительно на 5 процентов или менее.

Фиг. 4 представляет график, включающий кривые, иллюстрирующие ошибку яркости в зависимости от скорости изменения выходного сигнала, согласно показательному примеру осуществления.

Со ссылкой на Фиг. 4, кривые 410 и 420 показывают соответствующие значения скорости изменения выходного сигнала в виде функций ошибки яркости. Как обсуждено выше, ошибкой яркости является абсолютное значение разности между текущей яркостью и целевой яркостью света, выводимого твердотельным источником света. Кривая 410 изображает линейную зависимость между скоростью изменения выходного сигнала и ошибкой яркости, тогда как кривая 420 изображает нелинейную зависимость между скоростью изменения выходного сигнала и ошибкой яркости, как обсуждено выше относительно Уравнения (1).

Обращаясь снова на Фиг. 3, операция S322 обеспечивает детектирование или измерение фазового угла регулирования яркости света для регулятора яркости света на основании выпрямленного напряжения Urect, принимаемого детекторами 210A, 210B фазового угла регулирования яркости света. Как упомянуто выше, измерение фазового угла регулирования яркости света может осуществляться различными способами, без выхода за рамки объема настоящих указаний. Два иллюстративных способа определения фазового угла регулирования яркости света обсуждаются ниже со ссылкой на показательные примеров осуществления, изображенные на Фиг. 2A и 2B.

Фиг. 2A является упрощенной принципиальной схемой, показывающей детектор фазового угла регулирования яркости света для системы освещения с регулируемой яркостью света, согласно показательному примеру осуществления. На Фиг. 2A детектор 210A фазового угла регулирования яркости света включает в себя микроконтроллер 215, который использует формы сигнала выпрямленного напряжения Urect для определения фазового угла регулирования яркости света. Микроконтроллер 215 включает в себя контакт 218 цифрового входа, соединенный с выходом компаратора 214. Компаратор 214 может быть операционным усилителем, например, и включает в себя положительный вход, соединенный с первым делителем напряжения, чтобы принимать (регулируемое по яркости света) выпрямленное напряжение Urect, и отрицательный вход, соединенный со вторым делителем напряжения, чтобы принимать опорное напряжение для сравнения с выпрямленным напряжением Urect. Микроконтроллер 215 также включает в себя цифровой выход, такой как PWM выход 219.

Первый делитель напряжения включает в себя первый и второй резисторы R211 и R212, соединенные последовательно между узлом N2 выпрямленного напряжения и первым входным узлом N1, и третий резистор R213, соединенный между узлом N1 детектирования и землей. Второй делитель напряжения включает в себя четвертый резистор R216, соединенный между источником Vcc напряжения и вторым входным узлом N3, и пятый резистор R217, соединенный между вторым входным узлом N3 и землей. В изображенном примере осуществления первый резистор R211 может иметь величину приблизительно 1 мегом, второй резистор R212 может иметь величину приблизительно 1 мегом, третий резистор, из которого у R213 может иметь величину приблизительно 20 КОм, четвертый резистор R216 могут иметь величину приблизительно 50 КОм, и пятый резистор R217 может иметь величину приблизительно 12 КОм, например. Однако, соответствующие значения для первого - пятого резисторов R211, R212, R213, R216 и R217 могут изменяться, чтобы обеспечивать уникальные преимущества для любой конкретной ситуации или удовлетворять специфическим для применения конструктивным требованиям различных исполнений, как очевидно среднему специалисту в данной области техники. Обычно, первый, второй и третий резисторы R211, R212 и R213 осуществляют деление величины напряжения переменного тока с понижением к диапазону напряжений, который может обрабатываться компаратором 214, а четвертый и пятый резисторы R216 и R217 создают опорное напряжение для компаратора 214, что позволяет легкое считывание фазового угла регулирования яркости света. Например, первый, второй и третий резисторы R211, R212 и R213, которые могут осуществлять деление величины напряжения переменного тока к менее, чем 5В, для полного режима работы напряжения переменного тока (например, 277 В AC), а четвертый и пятый резисторы могут обеспечивать опорные 2,5В для выходного сигнала прямоугольной формы.

Первый делитель напряжения ограничивает величину (регулируемого по яркости света) выпрямленного напряжения Urect, подаваемого на положительный вход компаратора 214, и второй делитель напряжения обеспечивает заранее установленное опорное напряжение (например, 2,5В) на отрицательный вход компаратора 214. Когда форма сигнала выпрямленного напряжения Urect становится высокой (например, больше опорного напряжения), компаратор выводит уровень ("1") высокого напряжения, и когда форма сигнала выпрямленного напряжения, Urect становится низкой (например, менее опорного напряжения), компаратор выводит уровень ("0") низкого напряжения, например. Соответственно, результирующий логический уровень цифрового импульса на контакте 218 цифрового входа микроконтроллера 215 строго следует ходу (динамике) усеченного выпрямленного напряжения Urect, примеры которого показываются на Фиг. 5A-5C.

Более конкретно, Фиг. 5A-5C показывают типовые формы волны и соответствующие цифровые импульсы на контакте 218 цифрового входа согласно показательным примерам осуществления. Верхние формы волны на каждой фигуре изображают усеченное выпрямленное напряжение Urect, где величина усечения отражает уровень регулирования яркости света. Например, формы волны могут изображать порцию амплитуды полных 170В (или 340В для E.U.), выпрямленной синусоидальной волны, которая появляется на выходе регулятора яркости света. Нижние прямоугольные формы сигнала изображают соответствующие цифровые импульсы, наблюдаемые на контакте 218 цифрового входа в микроконтроллере 215. То есть, длина каждого цифрового импульса соответствует усеченной форме волны, и таким образом является равной величине времени, в течение которого внутренний выключатель регулятора яркости света находится в состоянии "включен". Путем приема цифрового импульса через контакт 218 цифрового входа, микроконтроллер 215 способен определять уровень, на который был установлен регулятор яркости света (то есть, фазовый угол регулирования яркости света).

На Фиг. 5 показана типовая форма волны выпрямленного напряжения Urect и соответствующие цифровые импульсы, когда регулятор яркости света находится в своем самом высоком положении, указанном верхней позицией ползунка регулятора яркости света, показанного рядом с формой волны. На Фиг. 5B показывается типовая форма волны выпрямленного напряжения Urect и соответствующие цифровые импульсы, когда регулятор яркости света находится в среднем положении, указанном средней позицией ползунка регулятора яркости света, показанного рядом с формой волны. На Фиг. 5C показана типовая форма волны выпрямленного напряжения Urect и соответствующие цифровые импульсы, когда регулятор яркости света находится в своем самом низком положении, указанном нижней позицией ползунка регулятора яркости света, показанного рядом с формой волны.

Фиг. 6 представляет последовательность операций, показывающую процесс детектирования регулирования для регулятора яркости света, согласно показательному примеру осуществления. Процесс может быть осуществлен микропрограммным обеспечением и/или программным обеспечением, исполняемым микроконтроллером 215, показанным на Фиг. 2A, например, или в более общем смысле - детектором 110, 210A фазового угла регулирования яркости света.

В операции S621 по Фиг. 6 контакт 218 цифрового входа в микроконтроллере 215 контролируется, чтобы обнаружить сигнал прерывания в цифровом вводе. Прерывание на цифровом вводе указывает изменение в уровне напряжения выхода компаратора 214, либо от уровня низкого напряжения к уровню высокого напряжения, либо от уровня высокого напряжения к уровню низкого напряжения. Когда прерывание не обнаружено (операция S621: Нет), мониторинг продолжается.

Когда сигнал прерывания обнаружен (операция S621: Да), в операции S622 определяется, находится ли значение цифрового входа 218 на уровне высокого напряжения (цифровая "1" ) или на уровне низкого напряжения (цифровой "0") в момент обнаружения прерывания. Когда значением цифрового входа 218 является "1", это указывает конец одного периода и начало следующего периода, а также запуск рабочего цикла. Следовательно, таймер периода останавливается в операции S623, соответствуя концу периода. К тому же, таймер рабочего цикла запускается в операции S624, соответствуя началу следующего рабочего цикла, и время периода запускается снова в операции S625, соответствуя началу следующего периода. Когда значением цифрового входа 218 является "0" в операции S622, это указывает конец рабочего цикла. Следовательно, таймер рабочего цикла останавливается в операции S626, соответствуя концу рабочего цикла в пределах текущего периода. Процесс возвращается к операции S621, чтобы продолжить мониторинг контакта 218 цифрового входа.

Значение коэффициент заполнения в пределах периода дает микроконтроллеру 215 точное указание уровня, в который был установлен регулятор яркости света, или фазового угла регулирования яркости света для регулятора яркости света. То есть, чем меньше коэффициент заполнения, тем больше фазовый угол регулирования яркости света (например, как показано формой волны на Фиг. 5C), и чем больше коэффициент заполнения, тем меньше фазовый угол регулирования яркости света (например, как показано формой волны на Фиг. 5A). В различных вариантах осуществления фазовый угол регулирования яркости света может вычисляться, например, микроконтроллером 215, с использованием заранее установленной функции значения счетчика, где функция может изменяться, чтобы обеспечивать уникальные преимущества для любой конкретной ситуации или удовлетворять специфическим для применения конструктивным требованиям различных исполнений, как очевидно среднему специалисту в данной области техники.

На Фиг. 2B представлена упрощенная принципиальная схема, показывающая детектор фазового угла регулирования яркости света для системы освещения с регулируемой яркостью света, согласно другому показательному примеру осуществления, в котором одинаковые ссылочные позиции ссылаются на подобные компоненты на Фиг. 2A. На Фиг. 2B детектор 210B фазового угла регулирования яркости света включает в себя микроконтроллер 255, который использует формы волны выпрямленного напряжения Urect для определения фазового угла регулирования яркости света. Микроконтроллером 255 может быть микропроцессор ATTINY 84, доступный от корпорации от Atmel Corporation, например, хотя другие типы микроконтроллеров или другие процессоры могут быть включены без выхода за рамки объема настоящих указаний. Микроконтроллер 255 включает в себя контакт 258 цифрового входа, соединенный между верхним диодом D251 и нижним диодом D252. Анод верхнего диод D251 соединен с контактом 258 цифрового входа, а катод - соединен с источником Vcc напряжения, и у нижнего диода D252 анод соединен на землю, а катод соединен с контактом 258 цифрового входа. Микроконтроллер 255 также включает в себя цифровой выход, такой как PWM выход 259 для подачи сигнала управления питанием через шину 229 управления питанием.

Детектор 210B фазового угла регулирования яркости света дополнительно включает в себя различные пассивные электронные компоненты, такие как первый и второй конденсаторы C243 и C244, и первый и второй резисторы R241 и R242. Первый конденсатор C243 соединен между контактом 258 цифрового входа микроконтроллера 255 и узлом N1 детектирования. Второй конденсатор C244 соединен между узлом N1 детектирования и землей. Первый и второй резисторы R241 и R242 соединены последовательно между узлом N2 выпрямленного напряжения и узлом N1 детектирования. В изображенном примере осуществления первый конденсатор C243 может иметь величину приблизительно 560 пФ, и второй конденсатор C244 может иметь величину приблизительно 10 пФ, например. Кроме того, первый резистор R241 может иметь величину приблизительно 1 мегом и второй резистор R242, может иметь величину приблизительно 1 мегом, например. Однако, соответствующие значения первого и второго конденсаторов C243 и C244, и первого и второго резисторов R241 и R242 могут изменяться, чтобы обеспечивать уникальные преимущества для любой конкретной ситуации или удовлетворять специфическим для применения конструктивным требованиям различных исполнений, как очевидно среднему специалисту в данной области техники.

(Регулируемое по яркости света) выпрямленное напряжение Urect является напряжением переменного тока, связанным с контактом 258 цифрового входа в микроконтроллере 255. Первый резистор R241 и второй резистор, R242 ограничивают ток на контакт 258 цифрового входа. Когда форма сигнала выпрямленного напряжения, Urect становится высокой, первый конденсатор C243 заряжается по переднему фронту через первый и второй резисторы R241 и R242. Верхний диод D251 в микроконтроллере 255 фиксирует контакт 258 цифрового входа одним диодным отводом наверх Vcc, например. На заднем фронте формы сигнала выпрямленного напряжения Urect первый конденсатор C243 разряжается, и контакт 258 цифрового входа фиксируется к одному диодному отводу вниз земли нижним диодом D252. Соответственно, результирующий цифровой импульс логического уровня на контакте 258 цифрового входа в микроконтроллере 255 строго следует ходу усеченного выпрямленного напряжения Urect, примеры которого показаны на фигурах Фиг. 5A-5C, обсужденных выше.

На Фиг. 7 представлена последовательность операций, показывающая процесс детектирования регулирования для регулятора яркости света, согласно показательному примеру осуществления. Процесс может быть осуществлен микропрограммным обеспечением и/или программным обеспечением, исполняемым микроконтроллером 255, показанным на Фиг. 2B, например, или в более общем смысле - детектором 110, 210B фазового угла регулирования яркости света.

В операции S721 по Фиг. 7 передний фронт цифрового импульса входного сигнала (например, указанный передними фронтами нижних форм сигнала на Фиг. 5A-5C), детектируется, и дискретизация на контакте 258 цифрового входа микроконтроллера 255, например, начинается на этапе S722. В изображенном примере осуществления сигнал дискретизируется к цифровой форме в течение заранее установленного времени, равного чуть менее полупериода питающей сети. Каждый раз, когда сигнал дискретизируется, на этапе S723 определяется, имеет ли дискрета высокий уровень (например, цифровую "1") или низкий уровень (например, цифровой "0"). В изображенном примере осуществления на этапе S723 выполняется сравнение, чтобы определить, является ли дискрета цифровой "1." Если дискрета является цифровой "1" (этап S723: Да), счетчик увеличивается на приращение на этапе S724, и если дискрета не является цифровой "1" (этап S723: Нет), вставляется малая задержка на этапе S725. Задержка вставляется с тем результатом, что число тактовых импульсов (например, микроконтроллера 255) является равным независимо от определения, будет ли дискрета цифровой "1" или цифровым "0".

На этапе S726 определяется, был ли дискретизирован весь полупериод питающей сети. Если полупериод питающей сети не завершен (этап S726: Нет), процесс возвращается на этап S722, чтобы снова дискретизировать сигнал на контакте 218 цифрового входа. Когда полупериод питающей сети завершен (этап S726: Да), дискретизация останавливается и значение счетчика (накопленное на этапе S724) идентифицируется в качестве текущего фазового угла регулирования яркости света или уровня регулирования яркости света на этапе S727, который сохраняется, например, в памяти, примеры которой обсуждены выше. Счетчик переустанавливается в нуль, и микроконтроллер 255 ожидает следующего переднего фронта, чтобы начать дискретизацию снова.

Например, можно предположить, что микроконтроллер 255 выполняет 255 выборок в течение полупериода питающей сети. Когда уровень регулирования яркости света устанавливается ползунком вверху своего диапазона (например, как показано на Фиг. 5A), счетчик возрастет до приблизительно 255 на этапе S724 по Фиг. 7. Когда уровень регулирования яркости света устанавливается ползунком внизу своего диапазона (например, как показано на Фиг. 5C), счетчик возрастет только приблизительно до 10 или 20 на этапе S724. Когда уровень регулирования яркости света будет установлен где-нибудь посередине своего диапазона (например, как показано на Фиг. 5B), счетчик возрастет приблизительно до 128 на этапе S724. Значение счетчика, таким образом, дает микроконтроллеру 255 точное указание уровня, на который регулятор яркости света был установлен, или фазового угла регулирования яркости света для регулятора яркости света. В различных вариантах осуществления фазовый угол регулирования яркости света может вычисляться, например, микроконтроллером 255, с использованием заранее установленной функции значения счетчика, где функция может изменяться, чтобы обеспечивать уникальные преимущества для любой конкретной ситуации или удовлетворять специфическим для применения конструктивным требованиям различных исполнений, как очевидно среднему специалисту в данной области техники.

Соответственно, фазовый угол регулирования яркости света может быть детектирован электронными средствами с использованием минимальной структуры пассивных компонентов и цифрового ввода микроконтроллера (или другого процессора или схемы обработки). В примере осуществления детектирование фазового угла регулирования яркости света выполняется с использованием схемы связи по переменному току, микроконтроллерной структуры цифрового ввода с диодной фиксацией и алгоритма (например, реализованного микропрограммным обеспечением, программным обеспечением и/или аппаратные средствами), исполняемого для определения установочного уровня регулятора яркости света. Кроме того, состояние регулятора яркости света может измеряться с минимальным числом компонентов и с использованием преимуществ структуры цифрового ввода в микроконтроллере.

Система управления регулированием света, включающая в себя схему детектирования фазового угла регулирования яркости света и контроллер питания, и связанный с ней алгоритм(ы), могут использовать детектированный фазовый угол регулирования яркости света для обеспечения скорости изменения выходного сигнала, как обсуждено выше. Согласно различным примерам осуществления, скорость изменения выходного сигнала может определяться (и изменяться) постоянно в зависимости от разности между текущей яркостью и целевой яркостью света, выводимого твердотельной осветительной нагрузкой. Путем применения максимальной скорости отработки, выход регулятора яркости света эффективно фильтруется, посредством этого удаляя видимое мерцание и/или предотвращая большие скачки (эффект "резиновой нити") в уровне света, выводимого твердотельной осветительной нагрузкой.

Хотя несколько имеющих новизну примеров осуществления были описаны и проиллюстрированы в документе, средние специалисты в данной области техники легко представят себе множество других средств и/или структур для выполнения функции и/или получения результатов и/или одно или несколько преимуществ, описанных в документе, и каждая из таких разновидностей и/или модификаций считается находящейся в рамках изобретательских примеров осуществления, описанных в документе. В более общем смысле, специалисты в данной области техники легко оценят, что все параметры, размерности, материалы и конфигурации, описанные в документе, подразумеваются иллюстративными, и что фактические параметры, размерности, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых изобретательские идеи используются. Специалисты в данной области техники признают, или смогут установить с использованием не более обычного проведения экспериментов, многие эквиваленты конкретным изобретательским исполнениям, описанным в документе. Нужно, следовательно, подразумевать, что предшествующие примеры осуществления представлены лишь в качестве примера и что в рамках прилагаемой формулы изобретения и эквивалентов таковой изобретательские исполнения могут быть осуществлены на практике иным образом, чем конкретно описано и заявлено. Изобретательские осуществления настоящего раскрытия направлены на каждой отдельный признак, систему, изделие, материал, комплект и/или способ, описанные в документе. Кроме того, любая комбинация двух или большего количества таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты, и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включаются в рамки объема изобретения настоящего раскрытия.

Все определения, как определены и используются в документе, должны пониматься для контроля словарных определений, определений в документах, включенных путем ссылки и/или обычных значений определенных терминов.

Формы единственного числа, как используются при этом в описании и формуле изобретения, если четко не указано на иное, следует понимать означающими "по меньшей мере, одно".

Фразу "и/или", как используется при этом в описании и формуле изобретения, следует понимать означающей "либо один, либо оба" из элементов, ею соединенных, то есть, элементы, которые присутствуют конъюнктивно в некоторых случаях и присутствуют дизъюнктивно в других случаях. Множественные элементы, приведенные с "и/или", следует рассматривать таким же образом, то есть, "один или несколько" из элементов, соединенных таким образом. Другие элементы могут необязательно присутствовать помимо элементов, специально идентифицированных фразой "и/или", являются ли связанными, или не связанными с этими элементами, конкретно идентифицированными.

Как используется при этом в описании и формуле изобретения, "или" следует понимать имеющим такое же значение, как и "и/или", как определено выше. Например, при разделении элементов в перечне "или" или "и/или" следует интерпретировать являющимся инклюзивным, то есть, включающим в себя, по меньшей мере один, но также и включающим в себя свыше одного, из ряда или перечня элементов, и, необязательно, дополнительные, не включенные в перечень элементы. Только термины, четко указанные иначе, такие как "только один из" или "точно один из", или если используются в формуле изобретения, "состоящий из" относится к включению точно одного элемента из ряда или перечня элементов. В общем, термин "или", как используется в документе, следует интерпретировать только указывающим исключающие альтернативы (то есть, "один или другой, но не оба"), если им предшествуют термины исключительности, такие как "один из двух", "один из", "только один из" или "точно один из". "Состоящий по существу из" при использовании в формуле изобретения, должно иметь свое обычное значение, как используется в области патентного права.

Как используется при этом в описании и формуле изобретения, фразу "по меньшей мере, один" в ссылке на перечень из одного или нескольких элементов следует понимать означающей, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из любого одного или нескольких из элементов в перечне элементов, но не обязательно с включением по меньшей мере одного из каждого элемента, конкретно перечисленного в перечне элементов и без исключения какие-либо комбинаций элементов в перечне элементов. Это определение также допускает, что элементы могут необязательно присутствовать помимо элементов, конкретно идентифицированных внутри перечня элементов, к которым относится фраза "по меньшей мере, один", являются ли связанными или не связанными с этими элементами, конкретно идентифицированными. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, "по меньшей мере, одно из A и B" (или, эквивалентно, "по меньшей мере, одно из A или B", или, эквивалентно "по меньшей мере, одно из A и/или B") может относиться в одном примере осуществления к, по меньшей мере, одному, необязательно, включающему более чем одно A, без присутствия B (и необязательно включающему элементы, отличные от B); в другом примере осуществления - к, по меньшей мере, одному, необязательно включающему более одного B, без присутствия A (и необязательно включающему элементы, отличные от A); в еще одном примере осуществления - к, по меньшей мере, одному, необязательно включающему более одного A, и по меньшей мере одно A, необязательно включающего более одного B (и необязательно включающего другие элементы); и т.д.

Следует понимать, что, если четко не указано иначе, в любых способах заявленных в документе, которые включают в себя более одного этапа или операции, порядок следования этапов или операций способа не обязательно ограничиваются порядком, в котором изложены этапы или операции способа.

Кроме того, ссылочные позиции, появляющиеся в формуле изобретения в круглых скобках, если таковые есть, обеспечиваются просто для удобства и не должны рассматриваться ограничивающими формулу изобретения каким-либо образом.

В формуле изобретения, а также в описании выше, все переходные фразы, такие как "содержащий", "включающий", "переносящий", "имеющий", "вмещающий", "заключающий в себе ", "удерживающий", "состоящий из" и т.п., должны пониматься открытыми, то есть, означать «включающий в себя, но не ограниченный указанными». Только переходные фразы "состоящие из" и "состоящие по существу из" должны быть закрытыми или полузакрытыми переходными фразами, соответственно.

Изобретение относится к устройствам управления освещением. Техническим результатом является обеспечение плавного регулирования яркости света твердотельного (SSL) источника света. Результат достигается тем, что управление включает в себя измерение фазового угла регулирования яркости света (S322) для напряжения, принимаемого от регулятора яркости света, определение целевой яркости (S323) для света, подлежащего выводу SSL источником света, в соответствии с фазовым углом регулирования яркости света, определение текущей яркости (S324) света, в текущий момент выводимого SSL источником света, и определение скорости изменения выходного сигнала (S325) на основании текущей яркости и целевой яркости. Текущая яркость света, в текущий момент выводимого SSL источником света, регулируется (S326) до целевой яркости с использованием нелинейной скорости изменения выходного сигнала. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ плавного регулирования яркости света твердотельного (SSL) источника света, содержащий:

измерение фазового угла регулирования яркости света для напряжения, принимаемого от регулятора яркости света;

определение целевой яркости света, подлежащей выводу SSL источником света, в соответствии с фазовым углом регулирования яркости света;

определение текущей яркости света, в текущий момент выводимого SSL источником света;

определение скорости изменения выходного сигнала на основании текущей яркости и целевой яркости; и

регулировку текущей яркости света, в текущий момент выводимого SSL источником света, до целевой яркости с использованием нелинейной скорости изменения выходного сигнала.

2. Способ по п. 1, в котором определение скорости изменения выходного сигнала содержит вычисление ошибки яркости на основании разности между текущей яркостью и целевой яркостью, и определение скорости изменения выходного сигнала на основании ошибки яркости.

3. Способ по п. 2, в котором скорость изменения выходного сигнала определяют по следующей формуле, причем SR является скоростью изменения выходного сигнала, Bc является текущей яркостью, Bt является целевой яркостью и N является нормировочной постоянной:

4. Способ по п. 3, в котором нормировочная постоянная N устанавливается в значение приблизительно 5000.

5. Способ по п. 1, в котором малые изменения в целевой яркости, обусловленные шумом регулятора яркости света, не вызывают изменения текущей яркости.

6. Способ по п. 1, в котором большие изменения целевой яркости, обусловленные регулировками с большим шагом фазового угла регулирования яркости света, вызывают быстрые изменения текущей яркости.

7. Способ по п. 1, в котором скорость изменения выходного сигнала определяют приблизительно с такой же частотой, как и измеряют фазовый угол регулирования яркости света.

8. Способ по п. 7, в котором фазовый угол регулирования яркости света измеряют в каждый полупериод напряжения сети переменного тока.

9. Способ по п. 8, в котором скорость изменения выходного сигнала определяют с частотой приблизительно 100 раз в секунду.

10. Система для управления уровнем света, выводимого твердотельным источником света в ответ на регулятор яркости света, причем упомянутая система содержит:

детектор фазового угла регулирования яркости света, сконфигурированный с возможностью детектировать фазовый угол регулирования яркости света для регулятора яркости света на основании выпрямленного напряжения от регулятора яркости света, вычислять скорость изменения выходного сигнала на основании целевой яркости света, указанной детектированным фазовым углом регулирования яркости света, и текущей яркости света, в текущий момент выводимого твердотельным источником света, и формировать сигнал управления питанием на основании фазового угла регулирования яркости света и вычисленной скорости изменения выходного сигнала; и

преобразователь питания, сконфигурированный для обеспечения выходного напряжения на твердотельный источник света в ответ на выпрямленное напряжение от регулятора яркости света и сигнал управления питанием от детектора фазового угла регулирования яркости света.

11. Система по п. 10, в которой детектор фазового угла регулирования яркости света сконфигурирован с возможностью вычислять скорость изменения выходного сигнала постоянно.

12. Система по п. 11, в которой скорость изменения выходного сигнала является нелинейной.

13. Система по п. 12, в которой детектор фазового угла регулирования яркости света дополнительно сконфигурирован с возможностью определять скорость изменения выходного сигнала согласно следующей формуле, причем SR - скорость изменения выходного сигнала, Bc - текущая яркость, Bt - целевая яркость и N - заранее установленная нормировочная постоянная:

14. Система по п. 11, в которой детектор фазового угла регулирования яркости света дополнительно сконфигурирован с возможностью детектировать фазовый угол регулирования яркости света и вычислять скорость изменения выходного сигнала на основании детектированного фазового угла регулирования яркости света приблизительно каждый полупериод напряжения сети переменного тока.

15. Система по п. 11, в которой сигнал управления питанием содержит сигнал широтно-импульсной модуляции (PWM), причем коэффициент заполнения сигнала PWM указывает уровень выходного напряжения, обеспеченного преобразователем питания.

16. Читаемый компьютером носитель, хранящий машинный код, исполнимый процессором, для плавного регулирования яркости света твердотельного (SSL) источника света, при этом упомянутый читаемый компьютером носитель содержит:

код угла регулирования яркости света для детектирования фазового угла регулирования яркости света для напряжения, принимаемого от регулятора яркости света;

код целевой яркости для определения целевой яркости света, подлежащего выводу SSL источником света, в соответствии с фазовым углом регулирования яркости света;

код текущей яркости для определения текущей яркости света, в текущий момент выводимого SSL источником света;

код скорости изменения выходного сигнала для определения скорости изменения выходного сигнала на основании текущей яркости и целевой яркости; и

код сигнала управления питанием для определения сигнала управления питанием, по меньшей мере, частично на основании определенной скорости изменения выходного сигнала, причем текущая яркость света, выводимого SSL источником света, плавно регулируется, чтобы соответствовать целевой яркости в ответ на сигнал управления питанием.

17. Читаемый компьютером носитель по п. 16, в котором код скорости изменения выходного сигнала вычисляет ошибку яркости на основании разности между текущей яркостью и целевой яркостью и определяет скорость изменения выходного сигнала на основании ошибки яркости.

18. Читаемый компьютером носитель по п. 17, в котором код скорости изменения выходного сигнала определяет скорость изменения выходного сигнала по следующей формуле, причем SR - скорость изменения выходного сигнала, Bc - текущая яркость, Bt - целевая яркость и N - нормировочная постоянная:

19. Читаемый компьютером носитель по п. 16, в котором в ответ на сигнал управления питанием малые изменения целевой яркости, обусловленные шумом регулятора яркости света, не вызывают изменения текущей яркости и большие изменения целевой яркости, обусловленные регулировками с большим шагом фазового угла регулирования яркости света, вызывают быстрые изменения текущей яркости.

20. Читаемый компьютером носитель по п. 16, в котором код фазового угла регулирования яркости света детектирует фазовый угол регулирования яркости света и код скорости изменения выходного сигнала определяет скорость изменения выходного сигнала на основании приблизительно такой же частоты.