СИСТЕМА СИД (СВЕТОДИОДНОГО) ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе светодиодного (СИД) освещения, содержащей схему подачи питания и один или несколько модулей СИД, а также относится к способу функционирования одного или нескольких модулей СИД. Более конкретно, изобретение относится к системе светодиодного СИД освещения, в которой схема подачи питания регулирует питание, подаваемое на СИД, входящие в состав модулей СИД, в зависимости от сигналов, генерируемых посредством схемы, входящей в состав модулей СИД, причем упомянутые сигналы, в свою очередь, зависят от номинальной мощности СИД, входящих в состав модуля СИД, а также, предпочтительно, от температуры СИД.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы освещения на основе СИД используются в широком масштабе. СИД имеют высокую эффективность (коэффициент полезного действия) и большой срок службы. Во многих системах освещения СИД также обладают более высокой оптической эффективностью по сравнению с другими источниками света. Вследствие этого СИД являются интересным альтернативным решением относительно широко известных источников света, таких как флуоресцентные лампы, газоразрядные лампы высокой интенсивности или лампы накаливания.

Системы освещения на основе СИД зачастую содержат схему подачи питания, которая подает питание на СИД, входящие в состав одного или нескольких модулей СИД, которые в процессе работы соединяются с выходными контактами схемы подачи питания. Как правило, полный ток, подаваемый посредством схемы подачи питания, зависит от количества соединенных с ним модулей СИД, и, более конкретно, от номинального тока, подходящего для каждого из модулей СИД, а также от температуры модулей СИД. Изображенный на Фиг.1 модуль LM СИД, входящий в состав системы светодиодного СИД освещения, которая имеет название «Fortimo», а также изготавливается и поставляется на рынок фирмой Philips, содержит первый резистор Rset, имеющий сопротивление, которое представляет номинальный ток, подходящий для СИД, входящих в состав модуля СИД, а также содержит второй резистор NTC с температурно-зависимым сопротивлением. В случае соединения такого модуля СИД со схемой PSC подачи питания, схема MC, входящая в состав схемы подачи питания, побуждает ток протекать через первый резистор Rset, а другой ток - через второй резистор NTC. Напряжения, проходящие через каждый из резисторов, измеряются, при этом величина сопротивления каждого из резисторов определяется посредством схемы MC на основании проходящего через него напряжения. Из этих данных схемная часть MC получает требуемую величину для тока СИД. Задающая схема DC, входящая в состав схемы PSC подачи питания, впоследствии регулирует ток, подаваемый на модули СИД, до достижения требуемой величины.

Важным недостатком данного уровня техники является то, что для соединения резисторов, находящихся в каждом из модулей СИД, со схемой, входящей в состав схемы подачи питания, требуются три провода. Это усложняет существующие системы СИД освещения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение нацелено на обеспечение менее сложной системы СИД освещения, которая является более простой в процессе изготовления и монтажа.

В соответствии с первым аспектом изобретения, обеспечивается система СИД освещения, содержащая схему подачи питания, которая предназначена для подачи тока светодиода СИД. Схема подачи питания оснащается входными контактами, которые предназначены для соединения с источником напряжения питания и выходными контактами, схемой модуляции, соединенной между входными контактами и выходными контактами, которая предназначена для поочередного поддержания напряжения между выходными контактами на высоком уровне в течение первого интервала времени и на низком уровне в течение второго интервала времени, датчиком тока, который предназначен для считывания тока, протекающего через выходные контакты в течение второго интервала времени, и задающей схемой, соединенной между входными контактами и выходными контактами, а также соединенной с датчиком тока, которая предназначена для генерирования тока СИД из напряжения питания, подаваемого посредством источника напряжения питания, где ток СИД является эквивалентным току, считанному посредством датчика тока, умноженного на предварительно определенный постоянный множитель, а также предназначена для подачи тока СИД на выходные контакты в течение каждого первого интервала времени. Система СИД освещения дополнительно содержит модуль СИД, содержащий входные контакты модуля СИД, которые предназначены для соединения с выходными контактами схемы подачи питания, элемент нагрузки СИД, соединенный между входными контактами модуля СИД с прямым напряжением, которое превышает напряжение между выходными контактами схемы подачи питания в течение каждого второго интервала времени, и источник тока, соединенный между входными контактами модуля СИД, который предназначен, в случае соединения входных контактов модуля СИД с выходными контактами источника подачи питания, для генерирования в течение каждого второго интервала времени тока датчика, протекающего через датчик тока, который является эквивалентным требуемому току СИД, разделенному на предварительно определенный постоянный множитель.

В системе СИД освещения, в соответствии с первым аспектом, информация, касающаяся требуемой величины тока СИД, передается с модуля СИД на схему подачи питания в течение каждого второго интервала времени каждого периода модуляции. Важным преимуществом является отсутствие требований к наличию проводов для реализации этой передачи информации, вследствие чего процесс изготовления или монтажа системы СИД освещения становится сравнительно простым. В случае параллельного соединения двух и более модулей СИД с выходными контактами одной схемы подачи питания через датчик тока и схему подачи питания протекает суммарный ток, генерируемый посредством источников тока, входящих в состав модулей СИД, при этом одновременно на все модули СИД подается полный ток СИД, который является эквивалентным величине протекающего через датчик тока, умноженного на предварительно определенный постоянный множитель.

В соответствии с дополнительным аспектом, обеспечивается способ функционирования одного или нескольких параллельно соединенных модулей СИД, каждый из которых содержит элемент нагрузки СИД, который соединяется между входными контактами модуля СИД, а также соединяется в параллели с источником тока, содержащим следующие этапы, на которых:

- прикладывают напряжение, которое ниже прямого напряжения элемента LS нагрузки СИД, к входным контактам модуля СИД, и измеряют ток, который протекает через датчик и генерируется посредством источников тока, входящих в состав модулей СИД,

- повышают напряжение между входными контактами модуля СИД до величины, при которой элементы LS нагрузки СИД проводят ток, и подают ток на элементы LS нагрузки СИД, имеющий величину, которая является эквивалентной измеренному току, умноженному на предварительно определенный постоянный множитель,

- повторяют первые два этапа.

В первом предпочтительном варианте осуществления структуры системы СИД освещения, в соответствии с изобретением, схема модуляции содержит модуляционный ключ, последовательно соединенный с первым выходным контактом схемы подачи питания, схему управления, соединенную с управляющим (модулирующим) электродом модуляционного ключа, которая предназначена для осуществления перевода модуляционного ключа в токопроводящее состояние в течение каждого первого интервала времени, и в токонепроводящее состояние в течение каждого второго интервала времени, и источник низкого напряжения, причем источник низкого напряжения и датчик тока имеют структуру последовательного соединения, соединяющуюся с выходными контактами схемы подачи питания.

В этом первом предпочтительном варианте осуществления схема модуляции реализовывается простым и надежным способом. Предпочтительно, чтобы структура последовательного соединения источника низкого напряжения с датчиком содержала диод.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления системы СИД освещения, в соответствии с изобретением, величина тока, генерируемого посредством источника тока в модуле СИД, зависела от температуры. Более конкретно, желательно, чтобы источник тока генерировал меньший ток в случае, когда температура СИД в модуле СИД превышает предварительно определенную величину, чтобы предотвратить повреждение СИД и избежать сокращения срока службы. Меньший ток, генерируемый посредством источника тока, в результате приводит к меньшему току СИД, побуждающему снижение температуры или предотвращающему дальнейший рост температуры.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее, со ссылкой на чертежи, будет дополнительно описан вариант осуществления системы СИД освещения, в соответствии с изобретением.

Фиг. 1 изображает вариант осуществления системы СИД освещения предшествующего уровня техники;

Фиг. 2 изображает первый вариант осуществления системы СИД освещения, в соответствии с изобретением;

Фиг. 3 изображает напряжение между выходными контактами схемы подачи питания, входящей в состав системы СИД освещения, как изображено на Фиг. 2 в виде функции времени, и

Фиг. 4 изображает вариант осуществления источника тока, входящего в состав варианта осуществления, изображенного на Фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 2 K1 и K2 являются входными контактами схемы PSC подачи питания, которые предназначены для подачи тока СИД. В процессе функционирования входные контакты K1 и K2 соединяются с источником напряжения питания. Входные контакты K1 и K2 соединяются с соответствующими входными контактами схемной части DC1, которая, совместно со схемной частью DC2, формирует задающую схему, предназначенную для генерирования тока СИД из напряжения питания, подаваемого посредством источника напряжения питания. Первый и второй выходные контакты схемной части DC1 соединяются посредством конденсатора С1. Конденсатор С1 соединяется в параллели со структурой последовательного соединения модуляционного ключа MS, диода D1 и схемной части LVS, формирующей источник низкого напряжения. Управляющий электрод модуляционного ключа MS и первый входной контакт схемной части DC1 соединяются с первым выходным контактом схемной части DC2, который формируется посредством микроконтроллера. В процессе функционирования схемная часть DC2 поочередно переводит модуляционный ключ в токопроводящее состояние в течение первого интервала времени, и в токонепроводящее в течение второго интервала времени. Входной контакт источника LVS низкого напряжения соединяется с первым выходным контактом схемной части DC1. Первый выходной контакт K3 схемы PSC подачи питания соединяется с общим контактом модуляционного ключа MS и диодом D1, а второй выходной контакт K4 схемы PSC подачи питания соединяется со вторым выходным контактом схемной части DC1 через резистор R1. Второй выходной контакт K4 также соединяется с входным контактом схемной части DC2. Резистор R1 соединяется в параллели со структурой последовательного соединения резистора R2 и ключа S1. Резисторы R1 и R2 совместно с ключом S1 формируют датчик тока. Управляющий электрод ключа S1 соединяется со вторым выходным контактом схемной части DC2. В процессе функционирования схемная часть DC2 поочередно переводит ключ S1 в токопроводящее состояние в течение первого интервала времени, и в токонепроводящее состояние в течение второго интервала времени. Вследствие этого резисторы R1 и R2 переключаются параллельно в течение каждого первого интервала времени, наряду с тем, что резистор R2 выключается из схемы в течение каждого второго интервала времени. Следовательно, датчик тока, формируемый посредством резисторов R1 и R2 и ключа S1, имеет сравнительно низкое сопротивление в течение каждого первого интервала времени, чтобы ток СИД не служил причиной рассеивания мощности, и более высокое сопротивление в течение каждого второго интервала времени, когда считывается ток, генерируемый посредством источника CS тока. Третий выходной контакт схемной части DC2 соединяется со вторым входным контактом схемной части DC1.

Входные контакты K1 и K2, выходные контакты K3 и K4, схемные части DC1 и DC2, конденсатор С1, источник LVS низкого напряжения, диод D1 и модуляционный ключ MS, ключ S1 и резисторы R1 и R2 совместно формируют схему подачи питания, предназначенную для подачи тока СИД.

K5 и K6 являются первым и вторым входными контактами модуля LM СИД, предназначенными для соединения с выходными контактами схемы подачи питания. Первый и второй входные контакты K5 и K6 соединяются посредством источника CS тока и посредством элемента LS нагрузки СИД. Первый и второй входные контакты K5 и K6, источник CS тока и элемент LS нагрузки СИД совместно формируют модуль СИД.

Далее будет описан процесс функционирования системы СИД освещения, изображенной на Фиг. 2. В случае, когда входные контакты K1 и K2 соединяются с источником подачи питания, а выходные контакты K3 и K4 схемы PSC подачи питания соединяются с входными контактами K5 и K6 модуля LM СИД, через конденсатор С1 проходит по существу постоянное напряжение постоянного тока (DC). Схемная часть DC2 поочередно переводит модуляционный ключ MS и ключ S1 в токопроводящее состояние в течение время первого интервала времени, и в токонепроводящее состояние в течение второго интервала времени. Когда модуляционный ключ MS находится в токопроводящем состоянии, схемная часть DC1 генерирует ток СИД, который подается на цепочку СИД. Когда модуляционный ключ находится в токонепроводящем состоянии, напряжение между входными контактами K5 и K6 модуля СИД снижается до величины, которая меньше прямого напряжения цепочки LS СИД, чтобы цепочка LS СИД больше не проводила ток. Выходное напряжение источника LVS низкого напряжения подается на источник CS тока через диод D1 и датчик R1 тока, при этом источник CS тока генерирует ток, который является предварительно определенной частью требуемого тока СИД для модуля СИД. В целом, этот ток зависит от количества и типа СИД, а также от способа их расположения, а именно, последовательно или параллельно. Поскольку элемент LS нагрузки СИД больше не проводит ток, единственный ток, который проводит датчик тока, является током, генерируемым посредством источника тока. Поскольку ключ S1 находится в токонепроводящем состоянии в течение второго интервала времени, сопротивление датчика тока, и, следовательно, напряжение, проходящее через датчик тока, являются сравнительно высокими, что предоставляет возможность осуществления точного измерения тока посредством схемной части DC2. В конце второго интервала времени схема СС управления снова переводит модуляционный ключ MS в токопроводящее состояние в течение интервала времени, равного первому временному интервалу. В течение этого интервала времени схемная часть DC1 генерирует ток СИД, который является эквивалентным току, протекающему через датчик, измеряется в течение второго интервала времени и умножается на предварительно определенный постоянный множитель, и этот ток СИД подается на цепочку СИД до начала следующего второго интервала времени. Следует отметить, что, в целом, первый интервал времени выбирается намного большим, по сравнению со вторым интервалом времени, например, с превышением в 10 раз.

Следует отметить, что источник тока может быть сконструирован так, чтобы он также генерировал ток в течение каждого первого интервала времени. В альтернативном варианте источник CS тока может генерировать ток исключительно в течение каждого второго интервала времени.

Как разъяснялось выше, в случае параллельного соединения двух и более модулей СИД с выходными контактами схемы подачи питания, сумма токов, генерируемых посредством источников тока, входящих в состав модулей СИД, протекает через датчик, при этом схема подачи питания будет подавать полный ток СИД, который является эквивалентным величине протекающего через датчик тока (как измеряется в течение второго интервала времени), умноженного на предварительно определенный постоянный множитель, одновременно на все модули СИД.

Предпочтительно, чтобы ток, генерируемый посредством источника тока, зависел от температуры, чтобы в случае роста температуры СИД в модулях СИД генерировался меньший ток, чтобы предотвратить повреждение СИД и избежать сокращения их срока службы. Меньший ток, генерируемый посредством источника тока, в результате приводит к меньшему току СИД, побуждающему снижение температуры или предотвращающему дальнейший рост температуры.

Фиг. 3 изображает схематическое представление напряжения, присутствующего между выходными контактами схемы подачи питания, в виде функции времени для практической реализации системы СИД освещения, изображенной на Фиг. 2. Видно, что напряжение поочередно повышается (до 33 Вольт) и понижается (до 5 Вольт) в течение первого и второго интервалов времени, соответственно. Предварительно определенный постоянный множитель в данной практической реализации приблизительно равен одной тысяче.

Фиг. 4 изображает вариант осуществления источника CS тока. Источник CS тока содержит температурно-зависимый резистор NTC. По мере роста температуры модуля СИД увеличивается ток, подаваемый посредством источника CS тока.

Наряду с тем, что изобретение было иллюстрировано на чертежах и подробно описано в предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует расценивать в качестве иллюстративного или типового, а не в качестве ограничивающего, при этом изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.

На основе изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения, специалисты в данной области техники могут разработать и произвести изменения раскрытых вариантов осуществления в процессе практической реализации заявленного изобретения. В формуле изобретения термин «содержащее» не исключает другие элементы или этапы, а употребление единственного числа не исключает множества. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт перечисления определенных измерений в разных зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на невозможность использования комбинации этих измерений для достижения преимущества.

Изобретение относится к системе светодиодного (СИД) освещения. Техническим результатом является упрощение схемы и сокращение количества проводных соединений в системе светодиодного (СИД) освещения. Результат достигается тем, что схема подачи питания, которая предназначена для подачи тока СИД, оснащается входными контактами (К1 и К2), которые предназначены для соединения с источником напряжения питания и выходными контактами (К3 и К4), схемой (MS, DC2) модуляции, соединенной между выходными контактами, которая предназначена для поочередного поддержания напряжения между выходными контактами на высоком уровне в течение первого интервала времени и на низком уровне в течение второго интервала времени, датчиком (R1, R2, S1) тока, который предназначен для считывания тока, протекающего через выходные контакты в течение второго интервала времени, задающей схемой (DC1, DC2), соединенной между входными контактами и выходными контактами, а также соединенной с датчиком тока, которая предназначена для генерирования тока СИД из напряжения питания, подаваемого посредством источника напряжения питания, где ток СИД является эквивалентным току, считанному посредством датчика тока, умноженному на предварительно определенный постоянный множитель, а также предназначена для подачи тока СИД на выходные контакты в течение каждого первого интервала времени. Система СИД освещения дополнительно содержит модуль СИД, содержащий входные контакты (К5, К6) модуля СИД, которые предназначены для соединения с выходными контактами схемы подачи питания, элемент (LS) нагрузки СИД, соединенный между входными контактами модуля СИД с прямым напряжением, которое превышает напряжение между выходными контактами схемы подачи питания в течение каждого второго интервала времени, и источник (CS) тока, соединенный между входными контактами модуля СИД, который предназначен, в случае соединения входных контактов модуля СИД с выходными контактами источника подачи питания, для генерирования в течение каждого второго интервала времени тока датчика, протекающего через датчик тока, который является эквивалентным требуемому току СИД, разделенному на предварительно определенный постоянный множитель. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система СИД (светодиодного) освещения, содержащая:

- схему подачи питания, которая предназначена для подачи тока СИД и оснащается:

- входными контактами (К1, К2), которые предназначены для соединения с источником напряжения питания и выходными контактами (К3, К4),

- схемой (MS, DC2) модуляции, соединенной между выходными контактами, для поочередного поддержания напряжения между выходными контактами на высоком уровне в течение первого интервала времени и на низком уровне в течение второго интервала времени,

- датчиком (R1, R2, S1) тока, который предназначен для считывания тока, протекающего через выходные контакты в течение второго интервала времени,

- задающей схемой (DC1, DC2), соединенной между входными контактами и выходными контактами, а также соединенной с датчиком тока, для генерирования тока СИД из напряжения питания, подаваемого посредством источника напряжения питания, причем ток СИД является эквивалентным току, считанному посредством датчика тока, умноженному на предварительно определенный постоянный множитель, а также предназначена для подачи тока СИД на выходные контакты в течение каждого первого интервала времени,

- модуль СИД, содержащий:

- входные контакты (К5, К6) модуля СИД, которые предназначены для соединения с выходными контактами схемы подачи питания,

- элемент (LS) нагрузки СИД, соединенный между входными контактами модуля СИД с прямым напряжением, которое превышает напряжение между выходными контактами схемы подачи питания в течение каждого второго интервала времени,

- источник (CS) тока, соединенный между входными контактами модуля СИД, который предназначен, в случае соединения входных контактов модуля СИД с выходными контактами источника подачи питания, для генерирования в течение каждого второго интервала времени тока датчика, протекающего через датчик тока, который является эквивалентным требуемому току СИД, разделенному на предварительно определенный постоянный множитель.

2. Система СИД освещения по п. 1, в которой схема модуляции содержит:

- модуляционный ключ (MS), последовательно соединенный с первым выходным контактом схемы подачи питания,

- схему (DC2) управления, соединенную с управляющим электродом модуляционного ключа, которая предназначена для перевода модуляционного ключа в токопроводящее состояние в течение каждого первого интервала времени, и в токонепроводящее состояние в течение каждого второго интервала времени, и

- источник (LVS) низкого напряжения,

причем источник тока низкого напряжения и датчик тока включаются в структуре последовательного соединения, соединяющей выходные контакты схемы подачи питания.

3. Система СИД освещения по п. 2, в которой структура последовательного соединения содержит диод (D1).

4. Система СИД освещения по п. 1, в которой величина тока, генерируемого посредством источника тока, зависит от температуры.

5. Способ функционирования одного или нескольких параллельно соединенных модулей СИД, каждый из которых содержит элемент нагрузки СИД, который соединяется между входными контактами модуля СИД, а также соединяется в параллели с источником тока, содержащим следующие этапы, на которых:

прикладывают напряжение, которое ниже прямого напряжения элемента LS нагрузки СИД, к входным контактам модуля СИД, и измеряют ток, который протекает через датчик и генерируется посредством источников тока, входящих в состав модулей СИД,

повышают напряжение между входными контактами модуля СИД до величины, при которой элементы LS нагрузки СИД проводят ток, и подают ток на элементы LS нагрузки СИД, имеющий величину, которая является эквивалентной измеренному току, умноженному на предварительно определенный постоянный множитель, повторяют первые два этапа.