СХЕМА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ МЕРЦАНИЯ СВЕТОДИОДА Российский патент 2018 года по МПК H05B37/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к схеме источника питания. В частности, настоящее изобретение относится к схеме источника питания для увеличения частоты мерцания светодиода и улучшения видимости посредством схемы зарядки/разрядки и переключателя, установленного между источником переменного напряжения и нагрузкой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Светодиод (LED) обладает преимуществом с точки зрения светоотдачи и срока службы и, поэтому, привлекает к себе внимание как источник света для задней подсветки осветительного устройства или устройства отображения.

Возбуждение светодиода осуществляется при малом постоянном токе. Таким образом, в уровне техники использовался источник питания для преобразования промышленного переменного напряжения (AC 220 В) в постоянное напряжение. Например, были использованы SMPS (источник питания с переключаемыми режимами), линейный источник питания и т.д. Тем не менее, этот источник питания обычно имеет низкий КПД преобразования. Среди применяемых компонентов электролитический конденсатор имеет короткий срок службы. Следовательно, использование такого источника питания приводит к проблеме, связанной с уменьшением срока службы светодиодного осветительного устройства.

Для решения данной проблемы был разработан способ, при котором две цепочки светодиодов напрямую соединяются с источником питания переменного тока в прямом направлении и обратном направлении без выполнения преобразования постоянного тока. Однако у этого способа есть проблема, заключающаяся в том, что только 50% или менее соединенных светодиодов являются включенными, тем самым приводя к низкому КПД. Кроме того, ток, текущий через светодиод, резко изменяется в результате изменения величины входного напряжения. Это может оказать негативное воздействие на светодиодные элементы и привести к проблеме сильного изменения яркости. Вдобавок, ток может течь через схему, только когда величина входного напряжения равна или больше значения, которое обеспечивает работу всех светодиодов, входящих в состав цепочек светодиодов. По этой причине разница в сигналах переменного тока, текущего через схему, и переменного напряжения является большой. Это приводит к проблеме снижения коэффициента мощности.

Для решения проблемы, свойственной способу непосредственного использования источника питания переменного тока, были разработаны разные способы, в которых переменный ток используется после выпрямления посредством мостовой схемы. Например, в публикации заявки на патент Кореи № 10-2012-0041093 раскрыт способ, в котором после выпрямления переменного напряжения количество светодиодов, на которое подается выпрямленное напряжение, регулируется в зависимости от изменения величины выпрямленного напряжения. В этом способе, по сравнению со способом непосредственного использования источника питания переменного тока, увеличивается количество работающих светодиодов. Следовательно, этот способ обладает тем преимуществом, что КПД является высоким, а время подачи тока – коротким, тем самым улучшая коэффициент мощности.

У способа использования источника питания переменного тока после выпрямления переменного тока посредством мостовой схемы есть проблема, связанная с тем, что, поскольку светодиоды возбуждаются волной после двухполупериодного (полноволнового) выпрямления, имеющей частоту 120 Гц, величина переменной мощности питания становится равной или меньше, чем напряжение возбуждения светодиода, в значительной области около фазы 180 градусов, тем самым обеспечивая недостаток освещения.

Человеческие глаза воспринимают источник света, мерцающий при частоте слияния мельканий или при более высокой частоте, как непрерывно включенный источник света, а не прерывисто мерцающий источник света. Соответственно, светодиод, мерцающий при частоте слияния мельканий или при более высокой частоте, воспринимается человеческими глазами так, как будто он является непрерывно включенным. В большинстве случаев человеческие глаза воспринимают источник света, мерцающий при частоте 75 Гц или при более высокой частоте, как непрерывно включенный источник света. Однако человек, чувствительный к свету, может воспринимать мерцание светодиода, мерцающего при частоте 120 Гц, и, следовательно, может страдать от приступов конвульсии, спровоцированных светом. По этой причине предпочтительно, чтобы светодиод мерцал при как можно более высокой частоте.

В Японии в стандарте, сертифицирующем освещение, оговорено, что явление мерцания не должно создаваться в диапазоне частот от 100 Гц до 500 Гц. В Европейских странах предпринимаются попытки установить требования, состоящие в том, что осветительное устройство должно возбуждаться при частоте 150 Гц или выше. В последние годы в США действует положение по сертификации энергопотребления бытовых товаров, которое предписывает, что осветительное устройство, имеющее уровень мерцания, не превышающий установленный уровень, должно быть исключено из числа возможных кандидатов на сертификацию. При этих обстоятельствах может возникнуть ситуация, при которой будет невозможно продать светодиод, возбуждаемый волной после двухполупериодного выпрямления.

Для предотвращения такой ситуации в публикации заявки на патент Кореи № 10-2010-0104362 раскрыт способ, в котором используется схема корректора коэффициента мощности (valley fill). Этот способ может обеспечивать эффект улучшения явления мерцания. Однако в этом способе необходимо использовать конденсатор, имеющий большую емкость. Использование такого конденсатора оказывает негативное воздействие, заключающееся в том, что коэффициент мощности становится хуже. Более того, если входное напряжение является низким, то возникает мерцание при частоте 120 Гц. Вдобавок, множество параллельно соединенных светодиодов по отдельности управляется на погрупповой основе. Таким образом, количество светодиодов становится больше и возрастают затраты. Кроме того, может быть сформирован выключенный массив светодиодов.

В качестве другого способа улучшения можно использовать схему зарядки/разрядки, раскрытую в публикации заявки на патент Кореи № 10-2012-0082468. В этом способе улучшается явление мерцания. Однако этот способ не способен устранить недостаток, связанный с тем, что мерцание создается при частоте 120 Гц. Более того, если входное напряжение уменьшается, зарядка не осуществляется в достаточной степени, и момент начала разрядки наступает быстрее. Таким образом, явление мерцания становится заметным.

У способа использования источника питания переменного тока после выпрямления переменного тока посредством мостовой схемы есть другая проблема. В частности, если напряжение возбуждения установлено высоким, фазовая область, в которой светодиод является включенным, становится малой. Это снижает эффективность использования светодиода (эффективное потребление мощности светодиода/потребление мощности светодиода во время работы при номинальном постоянном токе) и коэффициент мощности. Если напряжение возбуждения установлено низким, значительное количество электрической мощности выделяется в виде тепла, и эффективность источника питания уменьшается.

В публикации заявки на патент Кореи № 10-2012-0074502 раскрыто осветительное устройство, снабженное блоком зарядки/разрядки. Во время зарядки блок зарядки/разрядки заряжается электрическими зарядами через клемму возбуждения. Блок зарядки/разрядки разряжается при напряжении, равном или меньшем, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, тем самым уменьшая интервал, при котором массив светодиодов является выключенным.

В качестве дополнительного способа улучшения известен способ увеличения частоты мерцания светодиода. В патенте США № 8299724 раскрыт способ, в котором ток, текущий через массив светодиодов, отсекается посредством элемента OVP (защита от максимального напряжения), когда напряжение клеммы возбуждения имеет максимальное значение, тем самым увеличивая частоту мерцания массива светодиодов в четыре раза по сравнению с входной частотой источника питания переменного тока. Тем не менее, у этого способа есть проблема, состоящая в том, что если напряжение клеммы возбуждения равно или ниже, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, то увеличивается интервал выключения.

Кроме того, в публикации заявки на патент США № 2012-0229041 раскрыт способ, в котором электрическую энергию накапливают посредством элемента накопления энергии, такого как конденсатор или т.п. Если величина напряжения клеммы возбуждения становится равной или меньшей, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, элемент накопления энергии разряжается с тем, чтобы частота тока, подаваемого в массив светодиодов, становилась в четыре раза больше, чем входная частота источника питания переменного тока.

В качестве другого способа возбуждения светодиода, используя источник питания переменного тока, в публикации заявки на патент Кореи № 10-2011-0091444 раскрыт способ, в котором TRIAC (триак) используется при регулировании яркости. Однако у этого способа есть проблема, связанная с увеличением интервала выключения, в результате чего светодиод не может служить в качестве осветительного устройства.

Вместе с тем, в качестве способа реализации осветительного устройства с высоким КПД и, следовательно, экономии электрической энергии была предпринята попытка рассмотреть аспект психофизики, которая изучает связь между когнитивным явлением и физическим свойством возбуждающего средства.

В общем, количество световой энергии, генерируемой в осветительном устройстве, увеличивается пропорционально количеству входной электрической энергии. Однако суть того, как человеческие глаза воспринимают свет, кроется в совершенно другом.

Светодиод управляется с помощью способа управления постоянным током, в котором используется источник питания постоянного тока, или способа управления широтно-импульсной модуляцией, в котором используется импульсное напряжение.

Способ управления широтно-импульсной модуляцией представляет собой способ управления, в котором электрическая мощность регулируется путем настройки частоты импульсов и коэффициента заполнения. Человеческие глаза воспринимают источник света, мерцающий при частоте слияния мельканий или при более высокой частоте, как непрерывно включенный источник света, а не прерывисто мерцающий источник света. Соответственно, если светодиод возбуждается импульсным напряжением при частоте слияния мельканий или при более высокой частоте, человеческие глаза воспринимают светодиод так, как будто он является непрерывно включенным. В большинстве случаев человеческие глаза воспринимают источник света, мерцающий при частоте 75 Гц или более высокой частоте, как непрерывной включенный источник света.

Результаты исследований того, как человеческие глаза воспринимают яркость прерывисто мерцающего источника света, были оглашены в 1900-ых годах.

Из закона Тальбота-Плато следует, что человек, который наблюдает за прерывисто мерцающим источником света, воспринимает этот источник света как непрерывно включенный со средней яркостью.

Кроме того, из закона Брока-Зульцера следует, что под воздействием яркого света, такого как фотовспышка камеры или т.п., человеческие глаза воспринимают этот света в несколько раз ярче фактической яркости света.

Исходя из недавнего исследования, проведенного в университете Эхиме в Японии, установлено, что если используется импульсное напряжение, то эффект Брока-Зульцера оказывает большее воздействие, чем эффект Тальбота-Плато, вследствие чего человеческие глаза воспринимают источник света как имеющий яркость, превышающую среднюю яркость.

Более того, исходя из исследования, проведенного в университете Тяньцзиня в Китайской Народной Республике, установлено, что если средняя интенсивность остается постоянной, как проиллюстрировано на Фиг. 13, LED, возбуждаемый способом управления PWM, воспринимается ярче, чем LED, возбуждаемый способом управления постоянным током. Кроме того, на Фиг. 11 можно видеть, что если используется импульсное напряжение, имеющее меньший коэффициент заполнения, разница в видимой яркости, получаемой способом управления PWM и способом управления постоянным током, становится больше. Термин «видимая яркость» относится к психологической величине контраста, соответствующего яркости, которая является физическим параметром света. Другими словами, видимая яркость означает воспринимаемую человеком яркость, а не реальную яркость.

На Фиг. 13 можно видеть, что если частота равна 100 Гц, и если коэффициент заполнения составляет 50%, то свет воспринимается приблизительно на 40% ярче при способе управления PWM, чем при способе управления постоянным током. Можно заметить, что если коэффициент заполнения составляет 80%, то свет воспринимается приблизительно на 25% ярче при способе управления PWM, чем при способе управления постоянным током. Можно отметить, что если коэффициент заполнения составляет 100%, то нет разницы в яркости, получаемой способом управления PWM и способом управления постоянным током.

Эти результаты могут быть также подтверждены исследованием, проведенным в университете Эхиме в Японии. Исходя из исследования, проведенного в университете Эхиме, установлено, что если LED возбуждается при коэффициенте заполнения 50% и при импульсном напряжении 60 Гц, то свет воспринимается не более чем на 120% ярче при способе возбуждения PWM, чем при способе возбуждения постоянным током.

На основании результатов, проиллюстрированных на Фиг. 13, можно предположить, что если средняя интенсивность остается постоянной, LED, возбуждаемый импульсным напряжением, имеющим большую интенсивность и меньший коэффициент заполнения, будет восприниматься ярче, чем LED, возбуждаемый импульсным напряжением, имеющим меньшую интенсивность и больший коэффициент заполнения.

[ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ]

[ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ]

Патент Кореи № 10-0971757

Публикация заявки на патент Кореи № 10-2012-0041093

Публикация заявки на патент Кореи № 10-2010-0104362

Публикация заявки на патент Кореи № 10-2012-0082468

Публикация заявки на патент Кореи № 10-2012-0074502

Патент США № 8299724

Публикация заявки на патент США № 2012-0229041

Публикация заявки на патент Кореи № 10-2011-0091444

[НЕПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ]

Masafumi JINNO, Keiji MORITA, Yudai TOMITA, Yukinobu TODA, Hideki MOTOMURA (2008), “Effective illuminance improvement of light source by using pwm”, J. Light & Vis. Env. Vol. 32, No. 2, 2008

Zhang Yinxin, Zhang Zhen, Huang Zhanhua, Cai Huaiyu, Xia Lin, Zhao Jie (2008), “Apparent Brightness of LEDs under Different Dimming Methods” Proc. of SPIE Vol. 6841 684109

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ

Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении схемы источника питания, способной увеличивать частоту мерцания светодиода за счет приложения высокого импульсного напряжения, превышающего напряжение возбуждения, в области около фазы 180 градусов посредством использования схемы зарядки/разрядки и переключателя.

Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении схемы источника питания, которая позволяет светодиоду демонстрировать одинаковый уровень видимой яркости, потребляя при этом относительно небольшое количество электрической энергии.

Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в обеспечении схемы источника питания, способной увеличивать эффективность подачи питания за счет установки высокого напряжения возбуждения и способной улучшать эффективность использования светодиода за счет расширения фазовой области, в которой светодиод является включенным.

Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения состоит в обеспечении схемы источника питания, способной уменьшать общее гармоническое искажение сигнала тока клеммы возбуждения и улучшать коэффициент мощности за счет регулирования момента начала зарядки схемы зарядки/разрядки и увеличения тока на выходной клемме схемы выпрямителя в ответ на увеличение величины напряжения, выводимого из схемы выпрямителя.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

Для решения вышеупомянутых задач схема источника питания согласно настоящему изобретению включает в себя: схему выпрямителя, соединенную с источником переменного напряжения и выполненную с возможностью осуществлять двухполупериодное выпрямление переменного напряжения источника переменного напряжения; схему зарядки/разрядки, заряжаемую напряжением, выводимым из схемы выпрямителя и выполненную с возможностью подачи накопленной энергии в массив светодиодов; схему переключения, выполненную с возможностью выборочного соединения или отсоединения от линии разрядки, через которую энергия, накопленная в схеме зарядки/разрядки, подается в массив светодиодов; и контроллер, выполненный с возможностью управления схемой переключения таким образом, что схема зарядки/разрядки разряжается в интервале А, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя меньше, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, и что массив светодиодов выключается, включается и выключается по меньшей мере один раз в интервале А.

За счет обеспечения того, что массив светодиодов мерцает в интервале А, можно увеличить частоту мерцания массива светодиодов. Это обуславливает увеличение эффективности использования светодиода. Кроме того, можно ожидать эффект улучшения видимости.

Предпочтительно, чтобы схема переключения схемы источника питания могла включать в себя переключатель изменения частоты, выполненный с возможностью выборочного соединения или отсоединения от линии, через которую напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, подается в массив светодиодов. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления переключателем изменения частоты таким образом, что массив светодиодов выключается по меньшей мере один раз в интервале В, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя попадает в диапазон напряжения возбуждения массива светодиодов.

Предпочтительно, чтобы схема переключения могла включать в себя переключатель зарядки, выполненный с возможностью выборочного соединения или отсоединения от линии, через которую напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, подается в схему зарядки/разрядки. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления переключателем зарядки таким образом, что напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, равно или выше, чем заданное значение, причем зарядка схемы зарядки/разрядки начинается с тем, чтобы уменьшить общее гармоническое искажение сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы выпрямителя.

Предпочтительно, чтобы схема источника питания могла дополнительно включать в себя: схему улучшения коэффициента мощности, выполненную таким образом, что, когда напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, равно или ниже, чем заданное значение, схема улучшения коэффициента мощности соединяется с выходной клеммой схемы выпрямителя для накопления или потребления электрической энергии, чтобы уменьшить общее гармоническое искажение сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы выпрямителя.

Предпочтительно, чтобы схема источника питания могла дополнительно включать в себя: схему ограничения тока, выполненную с возможностью ограничения тока, текущего через схему зарядки/разрядки, так, чтобы уменьшить общее гармоническое искажение сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы выпрямителя.

Схема переключения может включать в себя переключатель зарядки, выполненный с возможностью выборочного соединения или отсоединения от линии, через которую напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, подается в схему зарядки/разрядки. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления переключателем зарядки таким образом, что схема зарядки/разрядки заряжается в момент времени, в который переключатель изменения частоты выключен.

В схеме источника питания схема зарядки/разрядки может быть последовательно соединена со схемой выпрямителя и массивом светодиодов. Схема переключения может включать в себя первый шунтирующий переключатель, установленный в линии, которая шунтирует схему зарядки/разрядки, второй шунтирующий переключатель, установленный в линии, которая шунтирует массив светодиодов, и соединительный переключатель, установленный в линии, которая последовательно соединяет между собой схему зарядки/разрядки и массив светодиодов. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления схемой переключения с тем, чтобы: включать первый шунтирующий переключатель и выключать соединительный переключатель так, чтобы напряжение на выходной клемме схемы выпрямителя непосредственно подавалось в массив светодиодов в интервале В, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя попадает в диапазон напряжения возбуждения массива светодиодов; выключать первый шунтирующий переключатель и включать соединительный переключатель так, чтобы напряжение на выходной клемме схемы выпрямителя раздельно подавалось в массив светодиодов и схему зарядки/разрядки в интервале С, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя превышает напряжение возбуждения массива светодиодов; и включать первый шунтирующий переключатель и включать и выключать второй шунтирующий переключатель так, чтобы схема зарядки/разрядки разряжалась в интервале А, при котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя меньше, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, и так, чтобы массив светодиодов выключался, включался и выключался по меньшей мере один раз в интервале А.

В этой связи схема зарядки/разрядки может быть средством накачки заряда, которое включает в себя множество конденсаторов и устройство переключения, выполненное с возможностью соединения конденсаторов параллельно или последовательно. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления устройством переключения так, чтобы конденсаторы последовательно соединялись, когда схема зарядки/разрядки разряжается в интервале А.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Схема источника питания согласно настоящему изобретению может подавать, используя схему зарядки/разрядки и переключатель, высокое импульсное напряжение, превышающее напряжение возбуждения, в область около фазы 180 градусов, в которой напряжение, подаваемое источником переменного напряжения, которое равно или ниже, чем напряжение возбуждения, не может возбуждать светодиоды. Это делает возможным увеличение частоты мерцания светодиодов до 240 Гц или выше (в случае использования источника питания переменного тока с частотой 60 Гц). Поскольку мерцание светодиодов обеспечивается импульсным напряжением в области около фазы 180 градусов, в которой светодиоды являются выключенными, частота мерцания светодиодов увеличивается вдвое. Это делает возможным улучшение явления мерцания.

Кроме того, в осветительной системе, которая использует настоящую схему источника питания, мерцание светодиодов обеспечивается импульсным напряжением в области около фазы 180 градусов. Это делает возможным поддержание видимой яркости на одном и том же уровне по сравнению с осветительной системой, которая использует другие схемы источника питания, при этом обеспечивая потребление относительно малого количества электрической мощности согласно закону Брока-Зульцера.

Более того, схема источника питания согласно настоящему изобретению может уменьшать общее гармоническое искажение сигнала тока клеммы возбуждения и может улучшать коэффициент мощности за счет регулирования момента начала зарядки схемы зарядки/разрядки и увеличения тока на выходной клемме схемы выпрямителя в ответ на увеличение величины напряжения, выводимого из схемы выпрямителя.

Вдобавок, проблема, состоящая в том, что если напряжение возбуждения установлено высоким, светодиоды не возбуждаются в значительной области около фазы 180 градусов, может решаться за счет способа, в котором высокое импульсное напряжение, превышающее напряжение возбуждения, подается в область около фазы 180 градусов. Это делает возможным одновременное увеличение эффективности подачи мощности и эффективность использования светодиодов.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления может быть возможным подавать, используя операцию переключения, напряжение, превышающее напряжение возбуждения, на светодиоды в форме импульса, имеющего более высокую частоту.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему контроллера, проиллюстрированного на Фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой вид, иллюстрирующий один пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1.

Фиг. 4 представляет собой вид, иллюстрирующий сигнал тока на выходной клемме схемы выпрямителя, когда сигнал тока, проиллюстрированный на Фиг. 3, вводится в массив светодиодов в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1.

Фиг. 5 представляет собой вид, иллюстрирующий другой пример сигнала тока на выходной клемме схемы выпрямителя в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1.

Фиг. 6 представляет собой вид, иллюстрирующий другой пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1.

Фиг. 7 представляет собой вид, иллюстрирующий дополнительный пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1.

Фиг. 8 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 10 представляет собой вид, иллюстрирующий один пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 9.

Фиг. 11 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно еще одному дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 12 представляет собой вид, иллюстрирующий один пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 11.

Фиг. 13 представляет собой график, показывающий изменение отношения средней интенсивности к видимой яркости, который зависит от коэффициента заполнения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет далее описано подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Варианты осуществления, описанные ниже, приведены для того, чтобы в достаточной степени передать сущность настоящего изобретения специалисту в данной области техники. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными ниже, но могут быть воплощены во многих разных формах.

Фиг. 1 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на Фиг. 1, схема источника питания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя схему переключения, контроллер 20, схему 30 зарядки/разрядки, схему 3 выпрямителя и схему 4 ограничения тока/напряжения. В настоящем варианте осуществления схема переключения включает в себя первый переключатель 11, второй переключатель 12 и третий переключатель 13.

Схема источника питания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения эффективно управляет моментом начала зарядки и моментом начала разрядки схемы 30 зарядки/разрядки, соединенной со схемой 3 выпрямителя, так что массив 2 светодиодов может работать, даже когда величина напряжения, выводимого из схемы 3 выпрямителя, равна или меньше, чем напряжение возбуждения нагрузки. Это делает возможным увеличение частоты мерцания массива 2 светодиодов и увеличение эффективности использования светодиодов (эффективное потребление мощности светодиода/потребление мощности светодиода в течение работы при номинальном постоянном токе).

Схема 3 выпрямителя служит для того, чтобы осуществлять двухполупериодное выпрямление вводимого переменного напряжения. Схема 3 выпрямителя может быть схемой диодного моста. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, схема 3 выпрямителя может быть установлена между источником 1 переменного напряжения и схемой 30 зарядки/разрядки.

Переключатели 11, 12 и 13 могут быть выполнены посредством переключателей на основе технологии MOSFET (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник) или т.п. Первый переключатель 11, установленный в линии, которая соединяет между собой схему 30 зарядки/разрядки и массив 2 светодиодов, используется в качестве переключателя разрядки, который регулирует момент начала и момент завершения интервала разрядки схемы 30 зарядки/разрядки. Второй переключатель 12, установленный в линии, которая соединяет между собой выходную клемму схемы 3 выпрямителя и схему 30 зарядки/разрядки, используется в качестве переключателя зарядки, который регулирует момент начала и момент завершения интервала зарядки схемы 30 зарядки/разрядки. За счет регулирования момента начала разрядки и момента завершения разрядки первый переключатель 11 обеспечивает выключение, включение и затем выключение массива 2 светодиодов в области А, в которой величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя равна или меньше, чем напряжение возбуждения массива 2 светодиодов. Другими словами, первый переключатель 11 обеспечивает мерцание массива 2 светодиодов по меньшей мере один раз в области А, которая представляет собой интервал, при котором массив 2 светодиодов выключен.

Если второй переключатель 12 включен, выходная клемма схемы 3 выпрямителя соединена со схемой 30 зарядки/разрядки, вследствие чего в схеме 30 зарядки/разрядки выполняется зарядка. Если первый переключатель 11 включен, схема 30 зарядки/разрядки соединена с массивом 2 светодиодов. Следовательно, разрядка выполняется в схеме 30 зарядки/разрядки таким образом, что электрическая мощность поставляется в массив 2 светодиодов.

Третий переключатель 13, установленный в линии, которая последовательно соединяет между собой выходную клемму схемы 3 выпрямителя и массив 2 светодиодов, используется в качестве переключателя изменения частоты, который регулирует момент времени, в который напряжение, выводимое из схемы 3 выпрямителя, подается в массив 2 светодиодов. Если третий переключатель 13 выключен, напряжение не подается в массив 2 светодиодов. Третий переключатель 13 служит для того, чтобы изменять частоту мерцания массива 2 светодиодов.

Контроллер 20 проверяет величину или фазу напряжения, выводимого из схемы 3 выпрямителя, и управляет первым переключателем 11 и вторым переключателем 12, тем самым регулируя момент начала и момент завершения каждого из интервала разрядки и интервала зарядки.

Кроме того, контроллер 20 регулирует время включения/выключения третьего переключателя 13. Если величина напряжения, выводимого из схемы 3 выпрямителя, равна или выше, чем напряжение возбуждения массива 2 светодиодов, третий переключатель 13 может поддерживаться во включенном состоянии или может периодически включаться и выключаться.

В том случае, когда третий переключатель 13 периодически включается и выключается, массив 2 светодиодов возбуждается импульсным напряжением. Форма импульсного напряжения определяется путем регулирования времени включения и времени выключения третьего переключателя 13.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему контроллера, проиллюстрированного на Фиг. 1. Как показано на Фиг. 2, контроллер 20 включает в себя память 21, схему 22 детектора напряжения/фазы и блок 23 управления переключением. Схема детектора напряжения проверяет диапазон, в пределы которого попадает мгновенное значение напряжения, выводимого из схемы 3 выпрямителя. В качестве схемы детектора напряжения можно использовать разные схемы, которые широко применяются в области техники электронных схем. Например, компаратор напряжения, который использует множество операционных усилителей, может применяться в качестве схемы детектора напряжения. Контроллер 20 может использовать схему детектора фазы вместо схемы детектора напряжения, которая непосредственно обнаруживает напряжение. Схема детектора фазы может быть выполнена с помощью детектора пересечения нулевого уровня, который обнаруживает момент, в который мгновенное значение напряжения становится равным 0. Поскольку мгновенное значение напряжения, выводимое из схемы 3 выпрямителя, изменяется в зависимости от фазы, можно узнать изменение мгновенного значения из изменения фазы.

В памяти 21 хранятся управляющие данные для управления переключателями 11, 12 и 13 в зависимости от величины напряжения, выводимого из схемы 3 выпрямителя. Управляющие данные определяются в зависимости от количества светодиодов, напряжения возбуждения, требуемой частоты мерцания светодиодов и т.д.

Вместо использования памяти 21 переключатели 11, 12 и 13 могут управляться в зависимости от напряжения или фазы, определяемой на поканальной основе или с использованием элемента считывания, такого как таймер или т.п.

Схема 30 зарядки/разрядки заряжается выходным напряжением схемы 3 выпрямителя и затем разряжается в интервале, при котором величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя равна или меньше, чем напряжение возбуждения массива 2 светодиодов, тем самым подавая электрическую мощность в массив 2 светодиодов. В настоящем варианте осуществления конденсатор используется в качестве одного примера схемы 30 зарядки/разрядки. Если второй переключатель 12 включен, схема 30 зарядки/разрядки соединена со схемой 3 выпрямителя и электрическая энергия накапливается в схеме 30 зарядки/разрядки. Если первый переключатель 11 включен, схема 30 зарядки/разрядки соединен с массивом 2 светодиодов. Таким образом, разрядка выполняется в схеме 30 зарядки/разрядки для подачи электрической мощности в массив 2 светодиодов. Индуктор может использоваться в качестве схемы 30 зарядки/разрядки.

Схема 4 ограничения тока/напряжения служит для того, чтобы ограничивать ток или напряжение, подаваемое на нагрузку. Схема 4 ограничения тока/напряжения используется для предотвращения протекания чрезмерного тока через массив 2 светодиодов и последовательно соединяется с массивом 2 светодиодов. Схема ограничения тока может быть выполнена с помощью резистора, конденсатор, биполярного транзистора, MOS-транзистора и т.д. Кроме того, схема ограничения тока может быть выполнена с помощью полевого транзистора (FET) или комбинации транзистора (TR) и вспомогательного элемента или с помощью интегральной схемы, такой как операционный усилитель или регулятор.

Кроме того, схема источника питания может дополнительно включать в себя схему защиты от перенапряжений для защиты схемы источника питания от перенапряжения. Схема защиты от перенапряжений может быть выполнена с помощью резистора 6, расположенного между схемой 3 выпрямителя и источником 1 переменного тока, элемента подавления перенапряжений (не проиллюстрирован), предохранителя 5 и т.д.

Более того, схема источника питания может предпочтительно также включать в себя схему 9 ограничения тока, последовательно соединенную со вторым переключателем 12 и расположенную, например, между вторым переключателем 12 и землей, как проиллюстрировано на Фиг. 1. В настоящем варианте осуществления, если второй переключатель 12 включен, ток мгновенно течет в направлении схемы 30 зарядки/разрядки. В это же время гармоническая составляющая формируется в сигнале тока, текущем через выходную клемму схемы 3 выпрямителя. Если ток, текущий в направлении схемы 30 зарядки/разрядки во время процесса зарядки, ограничен схемой 9 ограничения тока, то можно уменьшить общее гармоническое искажение (THD).

Для улучшения коэффициента мощности путем минимизации разницы между сигналом тока и сигналом напряжения в интервале А, при котором величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя равна или меньше, чем напряжение возбуждения массива 2 светодиодов, и уменьшения общего гармонического искажения сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы 3 выпрямителя, схема источника питания может дополнительно включать в себя схему улучшения коэффициента мощности, выполненную с возможностью накопления или потребления энергии в интервале А. Схема улучшения коэффициента мощности может быть сформирована резистором или конденсатором и переключателем. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 1, схема улучшения коэффициента мощности может включать в себя резистор 41, параллельно соединенный со схемой 3 выпрямителя, и переключатель 42, установленный в линии, которая соединяет между собой резистор 41 и схему 3 выпрямителя. Если переключатель 42 включен в интервале А, напряжение на выходной клемме схемы 3 выпрямителя подается на резистор 41. Ток, имеющий синусоидальную форму сигнала, течет через резистор 41 в соответствии с напряжением. В интервале А ток не течет в направлении массива 2 светодиодов. Таким образом, ток, текущий через резистор 41, становится равным току, текущему через выходную клемму схемы 3 выпрямителя. За счет того, что форма сигнала тока на выходной клемме схемы 3 выпрямителя, по существу, приводится таким образом в соответствие с формой сигнала напряжения, можно улучшить коэффициент мощности. Также можно предотвратить протекание большого тока через выходную клемму схемы 3 выпрямителя и предотвратить формирование большой величины гармонической составляющей в течение перехода от интервала А к интервалу В.

Фиг. 3 представляет собой вид, иллюстрирующий один пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1. Работа схемы источника питания будет далее описана со ссылкой на Фиг. 3.

Если определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллере 20, попадает в область А, в которой величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя меньше, чем напряжение возбуждения, второй переключатель 12 и третий переключатель 13 включаются, а первый переключатель 11 выключается (Первый переключатель 11 выключается, потому что схема 30 зарядки/разрядки еще не заряжается). Даже если третий переключатель 13 включен, массив 2 светодиодов не включен, потому что напряжение источника входного сигнала ниже, чем напряжение возбуждения.

Поскольку второй переключатель 12 включен, схема 30 зарядки/разрядки не заряжается. Тем не менее, электрическая энергия, достаточно высокая для работы массива 2 светодиодов, не накапливается, потому что напряжение остается низким.

Если величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллере 20, достигает области В, которая представляет собой диапазон напряжения возбуждения, массив 2 светодиодов включается, потому что напряжения источника входного сигнала равно или выше, чем напряжение возбуждения. Поскольку второй переключатель 12 поддерживается включенным, электрическая энергия непрерывно накапливается в конденсаторе, выступающим в качестве схемы 30 зарядки/разрядки. Если зарядка завершена, второй переключатель 12 может быть выключен или может быть непрерывно включен, как проиллюстрировано на Фиг. 3.

Если определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллере 20, достигает снова области А, первый переключатель 11 включается после истечения заданного времени. Таким образом, электрическая энергия, накопленная в конденсаторе, подается в массив 2 светодиодов, тем самым включая массив 2 светодиодов. Первый переключатель 11 выключается в заданный момент времени после начала разрядки, тем самым выключая снова массив 2 светодиодов. Другими словами, мерцание светодиодов обеспечивается один раз в области А. В этом случае моменты времени начала и завершения разрядки определяются в сочетании с переменными, такими как прямое напряжение светодиодов, зарядная емкость, изменение напряжения источника входного сигнала, установленная частота возбуждения и т.п.

В настоящем варианте осуществления массив 2 светодиодов включается, когда величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя изменяется от области А к области В. Массив 2 светодиодов выключается, если величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя достигает области А. В области А массив 2 светодиодов включается, когда к нему прикладывается напряжение, сформированное за счет разрядки схемы 30 зарядки/разрядки. Массив 2 светодиодов снова выключается, когда разрядка заканчивается. Другими словами, если предположить, что массив 2 светодиодов возбуждается источником 1 переменного напряжения с частотой 60 Гц, то частота мерцания массива 2 светодиодов увеличивается до 240 Гц. В зависимости от отношения времени включения массива 2 светодиодов в области В к времени включения массива 2 светодиодов в области А составляющая 120 Гц и составляющая 240 Гц могут появится вместе в спектре частот мерцания массива 2 светодиодов. В большинстве случаев человеческим глазам тяжело воспринимать мерцание по мере увеличения частоты. Таким образом, явление мерцания может быть улучшено описанным выше способом.

Кроме того, в области А импульсный ток подается в массив 2 светодиодов. Следовательно, как описано в разделе «Уровень техники», можно достичь эффекта улучшения видимой яркости согласно закону Брока-Зульцера.

Как изложено выше, сигнал тока, проиллюстрированный на Фиг. 3, может быть получен при непрерывном включении второго переключателя 12 и третьего переключателя 13. Соответственно, в варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 1, может быть возможным удаление второго переключателя 12 и третьего переключателя 13. Другими словами, если нет необходимости в регулировании момента начала зарядки и момента завершения зарядки, второй переключатель 12 может быть удален. Если не требуется частота мерцания выше чем 240 Гц, третий переключатель 13 может быть удален.

Фиг. 4 представляет собой вид, иллюстрирующий сигнал тока на выходной клемме схемы выпрямителя, когда сигнал тока, проиллюстрированный на Фиг. 3, вводится в массив светодиодов в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1.

Сигнал тока на выходной клемме схемы 3 выпрямителя представляет собой сумму токов, текущих через массив 2 светодиодов, схему 30 зарядки/разрядки и резистор 41. Коэффициент мощности определяется сигналом тока и сигналом напряжения на выходной клемме схемы 3 выпрямителя. Соответственно, предпочтительно, чтобы сигнал тока был аналогичен по форме сигналу напряжения на выходной клемме схемы 3 выпрямителя. На Фиг. 4 ток, текущий через резистор 41, обозначен как R, ток, текущий через схему 30 зарядки/разрядки, обозначен как С, и ток, текущий через массив 2 светодиодов, обозначен как LED.

Как проиллюстрировано на Фиг. 4, в интервале А большая часть тока течет через резистор 41. Ток, текущий через резистор 41, пропорционален напряжению, сформированному на противоположных концах резистора 41, и, следовательно, имеет синусоидальную форму. Поскольку величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя равна или меньше, чем напряжение возбуждения массива 2 светодиодов, ток практически не течет через массив 2 светодиодов. Поскольку напряжение приложено к схеме 30 зарядки/разрядки за счет электрических зарядов, которые не полностью разряжаются за предыдущий цикл, ток практически не течет через схему 30 зарядки/разрядки.

В интервале В переключатель 42 выключен, и ток не течет через резистор 41. Вместо этого ток течет через массив 2 светодиодов. Этот ток ограничивается схемой 4 ограничения тока так, что ток, имеющий заданное значение или большее, не течет через массив 2 светодиодов. Кроме того, ток течет через схему 30 зарядки/разрядки. Ток, текущий через схему 30 зарядки/разрядки, ограничивается схемой 9 ограничения тока. При этом заданное значение ограничение тока зарядки влияет на общее гармоническое искажение.

Если величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя достигает снова интервала А, переключатель 42 включается. Ток течет через резистор 41. В интервале А ток, поданный из схемы 30 зарядки/разрядки, течет в направлении массива 2 светодиодов, а ток, поданный с выходной клеммы схемы 3 выпрямителя, течет в направлении резистора 41.

Фиг. 5 представляет собой вид, иллюстрирующий другой пример сигнала тока на выходной клемме схемы выпрямителя в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1. Как показано на Фиг. 5, если регулировать момент времени, в который второй переключатель 12 включается в интервале В, то можно регулировать сигнал тока на выходной клемме схемы 3 выпрямителя так, чтобы он стал похож на сигнал напряжения на выходной клемме схемы 3 выпрямителя. Это делает возможным улучшение общего гармонического искажения.

Фиг. 6 представляет собой вид, иллюстрирующий другой пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 1. В этом примере массив 2 светодиодов выключается один раз в области В, и частота мерцания массива 2 светодиодов увеличивается до 360 Гц.

Если определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллер 20, попадает в область А, в которой величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя меньше напряжения возбуждения, то третий переключатель 13 включается, а первый переключатель 11 и второй переключатель 12 выключаются.

Даже когда определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллере 20, достигает области В, которая представляет собой диапазон напряжения возбуждения, то третий переключатель 13 поддерживается включенным, за исключением интервала, в котором массив 2 светодиодов выключен. Если величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя достигает интервала области В, в котором массив 2 светодиодов должен быть выключен, третий переключатель 13 выключается и затем включается после истечения заданного времени. В том случае, когда массив 2 светодиодов выключается один раз в интервале В, частота мерцания увеличивается до 360 Гц, как показано на Фиг. 6. В настоящем варианте осуществления нет значительной разницы в ширине импульса тока, текущего через массив 2 светодиодов, в интервале А и интервале В. Таким образом, только составляющая 360 Гц появляется в спектре частот мерцания массива 2 светодиодов.

Если есть необходимость в дополнительном увеличении частоты мерцания, число раз мерцания может быть увеличено в интервале В, как показано на Фиг. 7. В этом случае коэффициент заполнения и частота могут настраиваться путем регулирования времени включения/выключения третьего переключателя 13. Предпочтительно, чтобы время включения/выключения третьего переключателя 13 регулировалось таким образом, чтобы величина средней электрической мощности, подаваемой на нагрузку, становилась постоянной. Если время включения третьего переключателя 13 сделать большим в области, в которой величина напряжения является малой, и если время включения третьего переключателя 13 сделать меньшим в области, в которой величина напряжения является большой, то можно сделать постоянной величину средней электрической мощности, прикладываемой к нагрузке.

Как проиллюстрировано на Фиг. 6, второй переключатель 12 включается синхронно с третьим переключателем 13 в течение периода, в котором третий переключатель 13 выключен. В качестве альтернативы, второй переключатель 12 может выключаться, когда третий переключатель 13 включается, или может быть включаться и выключаться вне зависимости от третьего переключателя 13. Как показано на Фиг. 7, второй переключатель 12 может включаться в некоторые отрезки интервала В и затем может выключаться, если завершена зарядка. Даже если второй переключатель 12 не выключен, схема 30 зарядки/разрядки больше не заряжается, потому что напряжение схемы 30 зарядки/разрядки выше, чем напряжение на выходной клемме схемы 3 выпрямителя.

Если определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя снова достигает области А, первый переключатель 11 включается после истечения заданного времени, так что электрическая энергия, накопленная в конденсаторе, поставляется в массив 2 светодиодов. Первый переключатель 11 выключается в заданный момент времени после начала разрядки, тем самым выключая снова массив 2 светодиодов. Момент начала разрядки и момент завершения разрядки могут подходящим образом выбираться в пределах области А.

Фиг. 8 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

В настоящем варианте осуществления вместо конденсатора в качестве схемы 30 зарядки/разрядки используется индуктор. Дополнительные резисторы 6 и 7 установлены соответственно между источником 1 переменного напряжения и нагрузкой и между источником 1 переменного напряжения и схемой 30 зарядки/разрядки. В настоящем варианте осуществления вместо индуктора в качестве схемы 30 зарядки/разрядки может использоваться конденсатор.

Фиг. 9 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Схема источника питания согласно настоящему варианту осуществления включает в себя, вместо первого переключателя 11 и второго переключателя 12, четвертый переключатель 14, установленный между схемой 30 зарядки/разрядки и землей. Если четвертый переключатель 14 включается, то выполняется зарядка. Если четвертый переключатель 14 выключается, то прекращается зарядка. Если четвертый переключатель 14 снова включается в заряженном состоянии, то выполняется разрядка. Если четвертый переключатель 14 выключается, то прекращается разрядка. Другими словами, в настоящем варианте осуществления четвертый переключатель 14 служит в качестве как переключателя зарядки, так и переключателя разрядки.

Фиг. 10 представляет собой вид, иллюстрирующий один пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 9. Работа схемы источника питания согласно настоящему варианту осуществления будет описана со ссылкой на Фиг. 10.

Если определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллере 20, попадает в область А, в которой величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя меньше напряжения возбуждения, третий переключатель 13 включается, а четвертый переключатель 14 выключается. Даже если третий переключатель 13 включен, массив 2 светодиодов не включается, потому что напряжение источника входного сигнала ниже, чем напряжение возбуждения.

Даже когда определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя, измеренная в контроллере 20, достигает области В, которая представляет собой диапазон напряжения возбуждения, третий переключатель 13 поддерживается включенным, за исключением интервала, в котором массив 2 светодиодов выключен. Если величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя достигает интервала области В, в котором массив 2 светодиодов должен быть выключен, третий переключатель 13 выключается и затем включается после истечения заданного времени. В том случае, когда мерцание массива 2 светодиодов осуществляется один раз в интервале В, частота мерцания увеличивается до 360 Гц, как проиллюстрировано на Фиг. 8.

В интервале В четвертый переключатель 14 включается синхронно с третьим переключателем 13 в течение периода, в котором третий переключатель 13 выключен. В качестве альтернативы, четвертый переключатель 14 может выключаться, когда третий переключатель 13 включается, или может включаться и выключаться вне зависимости от третьего переключателя 13.

Если определено, что величина выходного напряжения схемы 3 выпрямителя снова попадает в область А, четвертый переключатель 14 включается после истечения заданного времени, так что электрическая энергия, накопленная в конденсаторе, поставляется в массив 2 светодиодов. Четвертый переключатель 14 выключается в заданный момент времени после начала разрядки, тем самым выключая снова массив 2 светодиодов. Момент начала разрядки и момент завершения разрядки могут подходящим образом выбираться в области А.

Если третий переключатель 13 повторно включается и выключается в интервале В, ток, имеющий форму импульса, проиллюстрированную на Фиг. 7, вводится в массив 2 светодиодов.

Фиг. 11 представляет собой вид, схематически иллюстрирующий схему источника питания согласно еще одному дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения. Схема источника питания согласно настоящему варианту осуществления включает в себя источник 1 переменного напряжения, схему 3 выпрямителя для осуществления двухполупериодного выпрямления напряжения источника 1 переменного напряжения, схему 35 зарядки/разрядки, массив 2 светодиодов и схему 4 ограничения тока, причем схема 35 зарядки/разрядки, массив 2 светодиодов и схема 4 ограничения тока последовательно соединены с выходной клеммой схемы 3 выпрямителя в указанном порядке.

Схема источника питания согласно настоящему варианту осуществления дополнительно включает в себя первый шунтирующий переключатель 15, выполненный с возможностью шунтирования схемы 35 зарядки/разрядки и установленный в линии, которая последовательно соединяет между собой схему 3 выпрямителя и массив 2 светодиодов, второй шунтирующий переключатель 16, выполненный с возможностью шунтирования массива 2 светодиодов и установленный в линии, которая последовательно соединяет между собой схему 35 зарядки/разрядки и схему 4 ограничения тока, и соединительный переключатель 17, установленный между схемой 35 зарядки/разрядки и массивом 2 светодиодов. Работа первого шунтирующего переключателя 15, второго шунтирующего переключателя 16 и соединительного переключателя 17 регулируется управляющими сигналами контроллера 20.

Фиг. 12 представляет собой вид, иллюстрирующий один пример сигнала напряжения из источника входного сигнала и сигнала тока, вводимого в массив светодиодов, в схеме источника питания, проиллюстрированной на Фиг. 11. В том случае, когда величина напряжения после двухполупериодного выпрямления, выводимого из схемы 3 выпрямителя, попадает в область А, первый шунтирующий переключатель 15 включается, а второй шунтирующий переключатель 16 и соединительный переключатель 17 выключаются. Даже когда первый шунтирующий переключатель 15 включен, массив 2 светодиодов не включается, потому что в массив 2 светодиодов подается напряжение ниже, чем напряжение возбуждения массива 2 светодиодов.

Если величина напряжения после двухполупериодного выпрямления достигает области В, массив 2 светодиодов включается.

Если величина напряжения после двухполупериодного выпрямления становится больше напряжения возбуждения и достигает области С, первый шунтирующий переключатель 15 выключается, а соединительный переключатель 17 включается. Таким образом, напряжение распределяется по схеме 35 зарядки/разрядки и массиву 2 светодиодов. Параллельно соединенные конденсаторы схемы 35 зарядки/разрядки изменяются за счет напряжения, которое распределяется и подается описанным выше образом. Массив 2 светодиодов непрерывно включен.

Если величина напряжения после двухполупериодного выпрямления достигает снова области В, соединительный переключатель 17 выключается, а первый шунтирующий переключатель 15 включается.

Если величина напряжения после двухполупериодного выпрямления достигает снова области А, второй шунтирующий переключатель 16 включается после истечения заданного времени. Таким образом, электрическая энергия, накопленная в схеме 35 зарядки/разрядки, поставляется в массив 2 светодиодов. В заданный момент времени после начала разрядки второй шунтирующий переключатель 16 выключается, тем самым выключая снова массив 2 светодиодов.

В случае необходимости, например, если напряжение возбуждения установлено высоким, так чтобы массив 2 светодиодов не мог возбуждаться одним конденсатором, можно использовать средство накачки зарядов. В средстве накачки зарядов зарядка выполняется за счет последовательного соединения схемы 35 зарядки/разрядки, имеющей два или более параллельно соединенных конденсаторов, с массивом 2 светодиодов. Когда зарядка выполняется в области А, конденсаторы переключены на последовательное соединение посредством дополнительного устройства переключения и соединены параллельно с массивом 2 светодиодов.

Необходимо понимать, что варианты осуществления, описанные выше, являются примерными во всех отношениях, но не ограничительными. Объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения, а не представленным выше описанием. Все изменения и модификации, получаемые из формулы изобретения и ее эквивалентов, должны считаться попадающими в объем настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1: источник переменного напряжения, 2: массив светодиодов, 3: схема выпрямителя, 11: первый переключатель, 12: второй переключатель, 13: третий переключатель, 14: четвертый переключатель, 20: контроллер, 30 или 35: схема зарядки/разрядки.

Изобретение относится к схеме источника питания, в частности к схеме источника питания для увеличения частоты мерцания светодиода посредством схемы зарядки/разрядки и переключателя, подключенного между источником переменного напряжения и нагрузкой. Техническим результатом является повышение частоты мерцания светодиода до более чем 240 Гц (когда источник переменного напряжения выдает 60 Гц). Результат достигается тем, что схема источника питания включает в себя: схему выпрямления, соединенную с источником переменного напряжения для осуществления двухполупериодного выпрямления его переменного напряжения; схему зарядки/разрядки с одним концом, соединенным с выходной клеммой схемы выпрямления и массивом светодиодов, и с другим концом, соединенным с землей, с тем чтобы заряжаться выходным напряжением схемы выпрямления и подавать мощность в массив светодиодов; первый переключатель, расположенный в ветви, соединяющей схему зарядки/разрядки и массив светодиодов; и контроллер для управления первым переключателем так, чтобы обеспечивать разрядку схемы зарядки/разрядки в интервале А, меньшем, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, тем самым обеспечивая мерцания массива светодиодов по меньшей мере один раз в интервале А. Также схема источника питания может подавать, используя схему зарядки/разрядки и переключатель, импульсное напряжение, равное или превышающее напряжение возбуждения, в периферийные области с фазой 180 градусов, в которых напряжение, подаваемое из источника переменного напряжения, равно или ниже напряжения возбуждения и поэтому не может возбуждать светодиоды. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Схема источника питания для изменения частоты мерцания светодиода, содержащая:

схему выпрямителя, соединенную с источником переменного напряжения и выполненную с возможностью осуществления двухполупериодного выпрямления переменного напряжения источника переменного напряжения;

схему зарядки/разрядки, заряжаемую напряжением, выводимым из схемы выпрямителя, и выполненную с возможностью подачи накопленной энергии в массив светодиодов;

схему переключения, выполненную с возможностью выборочного соединения или разъединения линии разрядки, через которую энергия, накопленная в схеме зарядки/разрядки, подается в массив светодиодов; и

контроллер, выполненный с возможностью управления схемой переключения таким образом, что схема зарядки/разрядки разряжается в интервале А, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя меньше, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, и таким образом, что массив светодиодов выключается, включается и выключается по меньшей мере один раз в интервале А,

причем схема переключения включает в себя переключатель зарядки, выполненный с возможностью выборочного соединения или разъединения линии, через которую напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, подается в схему зарядки/разрядки; и

контроллер выполнен с возможностью управления переключателем зарядки таким образом, что, когда напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, равно или выше, чем заданное значение, зарядка схемы зарядки/разрядки начинается с тем, чтобы уменьшить общее гармоническое искажение формы сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы выпрямителя,

причем схема источника питания дополнительно содержит:

схему ограничения тока, выполненную с возможностью ограничения тока, текущего через схему зарядки/разрядки, так, чтобы уменьшить общее гармоническое искажение формы сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы выпрямителя.

2. Схема источника питания по п. 1, в которой схема переключения включает в себя переключатель изменения частоты, выполненный с возможностью выборочного соединения или разъединения линии, через которую напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, подается в массив светодиодов; и

контроллер выполнен с возможностью управления переключателем изменения частоты таким образом, что массив светодиодов выключается по меньшей мере один раз в интервале В, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя попадает в диапазон напряжения возбуждения массива светодиодов.

3. Схема источника питания по п. 1, дополнительно содержащая:

схему улучшения коэффициента мощности, выполненную таким образом, что, когда напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, равно или ниже, чем заданное значение, схема улучшения коэффициента мощности соединяется с выходной клеммой схемы выпрямителя для накопления или потребления электрической энергии, чтобы уменьшить общее гармоническое искажение формы сигнала тока, текущего через выходную клемму схемы выпрямителя.

4. Схема источника питания по п. 2, в которой схема переключения включает в себя переключатель зарядки, выполненный с возможностью выборочного соединения или разъединения линии, через которую напряжение, выводимое из схемы выпрямителя, подается в схему зарядки/разрядки; и

контроллер выполнен с возможностью управления переключателем зарядки таким образом, что схема зарядки/разрядки заряжается в момент времени, в который переключатель изменения частоты выключен.

5. Схема источника питания по п. 1, в которой схема зарядки/разрядки последовательно соединена со схемой выпрямителя и массивом светодиодов;

схема переключения включает в себя первый шунтирующий переключатель, установленный в линии, которая шунтирует схему зарядки/разрядки, второй шунтирующий переключатель, установленный в линии, которая шунтирует массив светодиодов, и соединительный переключатель, установленный в линии, которая последовательно соединяет между собой схему зарядки/разрядки и массив светодиодов; и

контроллер выполнен с возможностью управления схемой переключения с тем, чтобы:

включать первый шунтирующий переключатель и выключать соединительный переключатель с тем, чтобы напряжение на выходной клемме схемы выпрямителя непосредственно подавалось в массив светодиодов в интервале В, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя попадает в диапазон напряжения возбуждения массива светодиодов;

выключать первый шунтирующий переключатель и включать соединительный переключатель с тем, чтобы напряжение на выходной клемме схемы выпрямителя раздельно подавалось в массив светодиодов и схему зарядки/разрядки в интервале С, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя превышает напряжение возбуждения массива светодиодов; и

включать первый шунтирующий переключатель и включать и выключать второй шунтирующий переключатель с тем, чтобы схема зарядки/разрядки разряжалась в интервале А, в котором величина выходного напряжения схемы выпрямителя меньше, чем напряжение возбуждения массива светодиодов, и чтобы массив светодиодов выключался, включался и выключался по меньшей мере один раз в интервале А.

6. Схема источника питания по п. 5, в которой схема зарядки/разрядки является средством накачки заряда, которое включает в себя множество конденсаторов и устройство переключения, выполненное с возможностью соединения конденсаторов параллельно или последовательно; и

контроллер выполнен с возможностью управления устройством переключения так, чтобы конденсаторы последовательно соединялись, когда схема зарядки/разрядки разряжается в интервале А.