СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ОСВЕЩЕНИЯ, СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ И СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к управлению осветительных систем, в частности, многоканальных систем освещения. Множество каналов может, например, обеспечивать управление смешением цветов и цветовой температурой, хотя другие эффекты также могут быть получены посредством множества независимо управляемых источников света.

Уровень техники

Текущие многоканальные источники света LED, такие как система Philips, известная как "интеллектуальные TLED", сталкиваются с серьезной проблемой ограниченного пространства, предназначенного для драйверов. Эта система генерирует белый свет путем приведения в действие красного, зеленого и синего LED независимо. На практике зеленый LED использует естественный синий LED и зеленый слой люминофора. Эта система генерирует теплый белый свет с очень высокой эффективностью. Дополнительно, драйверы многоканальных LED также встречаются в модулях LED или светильниках LED, в которых различные каналы используются для генерирования отдельных лучей для общего освещения и рабочего освещения или где отдельные цепочки LED используются для генерирования холодного белого или теплого белого от одного светильника.

В текущих системах система требует отдельных драйверов для различных LED модуля. Возникает проблема, поскольку доступное пространство для драйверов источников света фиксировано для удовлетворения требованиям традиционных источников света, которые обычно содержат один или максимум два канала, с ограниченными функциями, такими как функция регулирования яркости. Многоканальные источники света с WW/CW, RGB или большим количеством каналов имеют полную пиковую мощность, а также полное потребление пространства, которые являются комбинацией требований для каждого канала. Для того чтобы сжать драйвер в малое пространство, нужно пожертвовать базовой производительностью, такой как коэффициент мощности или эффективность, но это в общем случае неприемлемо для разработчика продукта. Таким образом, существует необходимость в том, чтобы обеспечить возможность уменьшения габаритов цепей драйверов без ущерба для производительности системы.

В общем, в многоканальной системе каждый канал не всегда работает на максимальной мощности. Во многих ситуациях модуляция ширины импульса (PWM) используется для управления мощностью в одном канале, что означает, что мощность в этом канале подается только в течение некоторой доли времени. Таким образом, полная максимальная мощность в любой конкретный момент находится из суперпозиции пиковой мощности в каждом канале, когда они взаимно накладываются.

Фиг.1 изображает стандартную цепь драйвера многоканальной системы освещения. Изображены три LED-нагрузки 10, 11, 12, которые могут, например, иметь три различных цветовых выхода. Каждый приводится в действие соответствующим драйвером 20, 21, 22, который в сущности содержит импульсный источник питания (SMPS) или линейный драйвер, который осуществляет управление PWM. Существует глобальный преобразователь 14 AC-DC, который включает в себя коррекцию коэффициента мощности, и глобальное средство 16 управления, которое является удаленным для самих фактических источников света. Глобальное средство 16 управления обеспечивает команды локальным драйверам 20, 21, 22 для управления работой LED-нагрузок.

Варианты осуществления изобретения относятся, в частности, к управлению отдельными драйверами 20, 21, 22.

Известный способ управления описан со ссылками на фиг.2, которая изображает временное распределение тока, потребляемого тремя LED-нагрузками, называемыми "канал 1", "канал 2" и "канал 3".

Каждый канал использует управление сигнала PWM LED-нагрузки с одной и той же частотой циклов PWM. В начале каждого цикла PWM каждый канал начинает с высокого импульса, продолжительность которого определяет световой выход. Таким образом, все три канала активируются одновременно, давая высокую потребность в мощности в начале каждого цикла PWM.

Для каждого канала максимальная мощность равна, например, 15 Вт. Способ управления выше дает полную мощность 45 Вт. Выходная мощность колеблется от 0 Ватт до 45 Ватт с четырьмя возможными значениями 45 Вт, 30 Вт, 15 Вт, 0 Вт.

Существует три хорошо известных способов обеспечить то, чтобы достаточная пиковая мощность могла быть обеспечена:

(i) Использование источника питания с большим выходом. Это может не удовлетворять физическим габаритным требованиям.

(ii) Использование источника 14 питания высокой частоты разделения и добавление конденсатора с большим выходом. Частота разделения AC-DC может быть, например, около 1 кГц так, чтобы конденсатор мог быть использован для обеспечения 1 мс дополнительного рассеяния мощности. Этот подход, однако, уменьшает коэффициент мощности и неприемлем для массового производства LED-систем.

(iii) Использование источника питания низкой частоты разделения для улучшения коэффициента мощности и добавление конденсатора с гораздо большим выходом. Если много LED параллельно собрано внутри светильника, коэффициент мощности должен быть, например, выше 0,9. Во многих приложениях требованием для полного коэффициента гармонических искажений (THD) является то, чтобы он был ниже 20%. Стадия коэффициента мощности и стадия преобразователя DC-DC обычно комбинируются вместе, и частота разделения тогда должна быть ниже 20 Гц для того, чтобы достигать достаточно высокого коэффициента мощности. Это означает, что большой конденсатор необходим для обеспечения 50 мс дополнительного рассеяния мощности. В этом случае конденсатор может быть слишком большой для установки в блоке.

Если наложения обеспечения питания к каждому каналу можно избежать, пиковая мощность будет выводиться из наивысшего пикового тока в отдельных каналах. В этом случае полная пиковая мощность может быть сильно уменьшена, обеспечивая экономию пространства и затрат для драйверов.

Идея избегания наложения приведения в действие LED была рассмотрена, например, в US 2010/0301764. Этот документ раскрывает способ фазового сдвига для осуществления ненакладывающихся сигналов. Каждый из отдельных каналов содержит задержанную версию входного сигнала PWM с одним и тем же рабочим циклом. В этом документе система автоматической подстройки по задержке (DLL) вычисляет ширину импульса входного сигнала PWM посредством высокочастотного тактового сигнала (частота сэмплирования) и генерирует для каждого канала соответствующий сдвинутый по фазе сигнал PWM с той же самой шириной импульса, но сдвинутый во времени на такую ширину. Более конкретным образом, там содержится "зеркало PW дублирует и задерживает принятый сигнал PWM". Временная метка включения каждого из множества сдвинутых по фазе сигналов PWM следует за временной меткой выключения предыдущего сигнала PWM, который является входным сигналом PWM или предыдущим одним из множества сдвинутых по фазе сигналов PWM. В частности, на фиг.8B и в абзаце [0040] средство 201 обнаружения фронтов обнаруживает нарастающий и/или спадающий фронт принятого сигнала PWM. И цепь 202 памяти ширины импульса запоминает ширину импульса принятого сигнала PWM.

Раскрытие изобретения

В US 2010/0301764 недостаток состоит в том, что входной сигнал PWM необходимо дублировать для каждого из этих каналов. Другой недостаток состоит в том, что ввиду дублирования входного сигнала PWM все рабочие циклы этих каналов являются одинаковыми, что делает некоторую выходную характеристику, такую как регулирование смешения цветов и цветовой температуры, невозможной.

Другим примером предшествующего уровня техники является US2007/0296686A1, где раскрывается приведение в действие задней подсветки жидкокристаллического дисплея. Когда типом задней подсветки является прямой тип, как показано на фиг.1a, угол, на который сдвигается каждая из фаз красного, зеленого и синего сигналов модуляции ширины импульса PWM_R, PWM_G, и PWM_B, устанавливается путем вычисления на основе минимизации накладывающихся частей между красным, зеленым и синим сигналами модуляции ширины импульса PWM_R, PWM_G и PWM_B, "сигнал модуляции ширины импульса PWM_R для красного выводится согласно предшествующему уровню техники, сигнал модуляции ширины импульса PWM_G для зеленого задерживается приблизительно на 120° и затем выводится, и сигнал модуляции ширины импульса PWM_B для синего задерживается приблизительно на 240° и затем выводится". Таким образом, можно понять, что в этом предшествующем уровне техники вычисляется только разность фаз между различными цветами, и следующий цвет начинается, когда разность была достигнута.

Таким образом, обеспечивает преимущества гарантирование ненакладывающихся функциональных возможностей. Также имеет преимущества наличие решения низкой стоимости. Также дополнительно имеет преимущества устранение необходимости глобального опорного/тактового сигнала, а также обеспечение возможности регулируемой выходной характеристики, такой как регулирование смешения цветов и цветовой температуры.

Для решения по меньшей мере одной из вышеупомянутых проблем изобретение определено формулой изобретения.

Согласно изобретению, обеспечен способ управления устройством освещения, содержащей набор из по меньшей мере двух источников света, причем способ содержит:

включение каждого источника света в течение соответствующей продолжительности освещения в повторяющейся ненакладывающейся последовательности; и

обнаружение конца продолжительности освещения для одного источника света и использование обнаруженного конца продолжительности освещения для одного источника света в качестве временного триггера для включения следующего источника света в последовательности;

причем средство управления дополнительно содержит интерфейс регулирования, выполненный с возможностью приема информации о длинах продолжительностей, и причем средство управления выполнено с возможностью независимо и по отдельности конфигурировать каждую из продолжительностей согласно принятой информации.

Этот способ обеспечивает активацию источников света в ненакладывающейся последовательности путем обнаружения конца одного периода времени освещения и использования этого в качестве триггера для следующего так, чтобы требование мощности сохранялось минимальным и наложение гарантировалось. Вариант осуществления изобретения обеспечивает возможность простого обеспечения управляющих сигналов источников света. Например, в некоторых осуществлениях глобальный тактовый сигнал не требуется для управления следующей продолжительностью света. Таким образом, стоимость уменьшается, поскольку процессор/цепь низкого уровня имеет возможность этой операции.

Вариант осуществления изобретения также обеспечивает возможность устройства освещения, которое должно быть использовано с его максимальным выходом с учетом ограничения ненакладывающихся управляющих сигналов. В частности, независимо от того, какие относительные продолжительности желательны для различных источников света (например, для достижения некоторого заданного цветового выхода), они могут быть сделаны такими, чтобы заполнить доступное время. Например, при трех источниках света, они не обязательно должны быть ограничены заниманием не более одной трети периода полной последовательности. Это может помочь для сокращения продолжительности темноты, когда никакой источник света не включен, таким образом, уменьшая пульсацию/мерцание. Путем минимизации пиковой мощности, компоненты, требуемые для проектирования драйверов, могут быть понижены по уровню с преимуществом в экономии стоимости, уменьшении размера, улучшении коэффициента мощности и улучшении эффективности, которые представляют критическую важность для разработки продуктов освещения.

В одном примере в конце продолжительности освещения для одного источника света следующий источник света в последовательности включается так, чтобы продолжительности освещения вместе покрывали каждый период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения.

Это подход обеспечивает активацию в качестве непрерывной ненакладывающейся последовательности. Управление процентом влияния различных источников света может осуществляться путем варьирования относительных продолжительностей сигналов различных источников света. Этот пример обеспечивает возможность простого обеспечения управляющих сигналов источников света. Например, в некоторых осуществлениях последняя продолжительность света в одном цикле может инициировать первую продолжительность света в следующем цикле, таким образом, глобальный тактовый сигнал не требуется для управления повторяющимся циклом. Это может помочь для устранения продолжительности темноты, когда никакой источник света не включен, таким образом, уменьшая пульсацию/мерцание.

В другом примере в конце продолжительности освещения для каждого из по меньшей мере одного из источников света продолжительность управления инициируется для включения концом продолжительности освещения для упомянутого по меньшей мере одного источника света перед тем, как следующий источник света в последовательности включается, и конец продолжительности управления используется в качестве временного триггера для включения следующего источника света в последовательности, и

продолжительности освещения для источников света и продолжительность или продолжительности управления вместе покрывают каждый период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения;

причем продолжительность управления является пустым каналом, который не дает в результате какого-либо светового выхода.

Этот подход обеспечивает активацию в качестве непрерывной ненакладывающейся последовательности с периодом продолжительности управления между одной или более парами продолжительностей освещения источников света. Эта продолжительность управления может быть использована для регулирования практического выхода освещения из реальных источников освещения. Например, продолжительность управления может быть использована для определения периода отсутствия светового выхода, иными словами, не относящегося к какому-либо из реальных источников света. Продолжительность управления, таким образом, представляет задержку между концом выхода одного источника света и началом следующего в цикле. Например, после того как последний источник света в последовательности активирован, может быть задержка управления перед тем, как первый повторно активируется. Таким образом, работы системы осуществляется ниже полного светового выхода, и полный световой поток может регулироваться, и это, таким образом, обеспечивает функцию управления регулированием яркости, зависящую от продолжительности задержки.

В одной конфигурации продолжительности освещения для по меньшей мере двух источников света являются последовательными, и продолжительность управления инициируется в конце последовательных продолжительностей освещения по меньшей мере двух источников света. Продолжительность управления, таким образом, присутствует только после каждых двух или более продолжительностей освещения, например, только после полной последовательности. Поскольку каналов управления мало, это решение является простым в осуществлении. В другой конфигурации соответствующая продолжительность управления инициируется в конце продолжительности освещения для каждого из источников света. Этот подход обеспечивает активацию в качестве непрерывной ненакладывающейся последовательности с продолжительностью управления между каждой парой продолжительностей освещения. Таким образом, работа системы снова осуществляется ниже полного светового выхода, и задержки управления разведены во времени, и, таким образом, продолжительность темноты между каждыми продолжительностями света коротка, что помогает уменьшить мерцание и пульсацию.

Во всех примерах конец одной продолжительности освещения используется для инициирования следующей. Как будет очевидно из различных примеров выше, триггер может быть моментальным или задержанным на продолжительность управления. Таким образом, термин "использование в качестве временного триггера" должен пониматься соответственно.

Продолжительности времени (продолжительности освещения и продолжительность или продолжительности управления) предпочтительно независимы и имеют возможность выбора по отдельности.

Способ может применяться для управления системой, содержащей набор из трех источников света, дающих различные и регулируемые выходы смешения цветов и цветовой температуры, способ, таким образом, обеспечивает управление цветовой точкой. Система может содержать набор LED-устройств.

Изобретение также обеспечивает средство управления освещением для управления устройством освещения, содержащей набор из по меньшей мере двух источников света, причем средство управления содержит:

блок синхронизации для управления синхронизацией работы источников света в повторяющейся ненакладывающейся последовательности, причем блок синхронизации выполнен с возможностью включать каждый источник света на время соответствующей продолжительности освещения,

причем блок синхронизации дополнительно содержит подблок обнаружения, выполненный с возможностью обнаружения конца продолжительности освещения для одного источника света, и блок синхронизации выполнен с возможностью использования обнаруженного конца продолжительности освещения в качестве временного триггера для включения следующего источника света в последовательности.

Это средство управления осуществляет способ изобретения.

В одном варианте осуществления блок синхронизации содержит:

процессор, выполненный с возможностью генерирования соответствующих выходных сигналов для каждой из продолжительностей,

причем процессор дополнительно выполнен с возможностью обнаружения заднего фронта одного выходного сигнала, соответствующего первой продолжительности, и, когда задний фронт обнаруживается, инициирования другого выходного сигнала, соответствующего второй продолжительности, следующей за первой продолжительностью в последовательности.

Это обнаружение выходных сигналов процессора функционирует как подход обратной связи для генерирования последовательности синхронизирующих сигналов (сигналов продолжительности освещения и продолжительности управления, если они используются). Это означает, что последовательность может быть инициирована начальным импульсом, и подход обратной связи тогда избегает необходимости в дополнительной синхронизации общих циклов. Таким образом, обратная связь используется для смягчения требования в точной синхронизации управляющих циклов, поскольку управление синхронизацией осуществляется посредством обратной связи самих сигналов. Это обеспечивает более прямой подход инициирования. Другое преимущество состоит в том, что текущие коммерческие микропроцессоры/MCU с низкой ценой имеют эту способность обнаружения заднего фронта их выходного сигнала, таким образом, стоимость осуществления варианта осуществления низка. Для сравнения, если решение инициирования заднего фронта не используется, а вместо этого микроконтроллер (MCU) используется для генерирования ненакладывающегося управляющего сигнала путем ссылки на собственный таймер MCU, MCU должен быть устройством высокого уровня, которое имеет более высокую стоимость.

В другом варианте осуществления блок синхронизации содержит:

процессор, выполненный с возможностью генерирования выходных сигналов для каждой из продолжительностей освещения, причем выходные сигналы включены одновременно, но выключены в конце соответствующих продолжительностей освещения;

набор из одной или более логических цепей, причем каждая цепь содержит:

первый вход для приема сигнала, соответствующего первой продолжительности, от соответствующего выхода процессора;

второй вход для приема сигнала, соответствующего второй продолжительности, который должен быть инициирован концом первой продолжительности, от соответствующего выхода процессора, причем по меньшей мере упомянутая вторая продолжительность является продолжительностью освещения;

модуль логических операций для вычисления логического результата на основе сигналов, соответствующих первой продолжительности и второй продолжительности, причем упомянутый логический результат содержит логику И между сигналом, соответствующим второй продолжительности, и инверсией сигнала, соответствующего первой продолжительности; и

выход для вывода упомянутого логического результата в качестве управляющего сигнала к соответствующему одному из источников света.

В этом варианте осуществления различные волновые формы могут генерироваться простым образом, где все начинаются в начале периодического цикла, но заканчиваются в желаемое время конца каждой продолжительности освещения. Каждая логическая цепь затем преобразует пару этих накладывающихся сигналов в желаемый ненакладывающийся сигнал. Функция логической цепи, таким образом, использует переходы волновых форм в качестве точек инициирования и, таким образом, осуществляет функцию обнаружения. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что относительно просто для микропроцессора/микроконтроллера низкого уровня генерировать множество сигналов с одновременной исходной точкой и различными точками конца. Таким образом, стоимость осуществления варианта осуществления низка.

Средство управления может дополнительно содержать интерфейс регулирования, выполненный с возможностью приема информации о длинах продолжительностей (т. е. продолжительностей освещения и продолжительностей управления, если они используются), и средство управления выполнено с возможностью независимо и по отдельности конфигурировать каждую из продолжительностей согласно принятой информации.

Изобретение также обеспечивает систему освещения, содержащую:

устройство освещения, содержащее набор источников света; и

средство управления согласно изобретению для управления устройством освещения.

В одном варианте осуществления упомянутое устройство освещения содержит набор драйверов, каждый из которых выполнен с возможностью приводить в действие один из упомянутого набора источников света соответственно, и причем управление упомянутым набором драйверов осуществляется посредством упомянутого средства управления для оперирования в ненакладывающейся последовательности.

Этот вариант осуществления обеспечивает одно осуществление относительно того, как драйверы конфигурируются. Существует конкретный драйвер для каждого источника света, и управление драйверами осуществляется в ненакладывающейся последовательности.

В альтернативном варианте осуществления упомянутое устройство освещения содержит

- драйвер;

- набор переключателей, причем вход каждого переключателя объединяется с упомянутым драйвером, и выход каждого переключателя объединяется с одним из упомянутого набора источников света соответственно, и управление упомянутым набором переключателей осуществляется посредством упомянутого средства управления так, чтобы они были проводящими в ненакладывающейся последовательности.

Этот вариант осуществления обеспечивает другое осуществление. Существует только один единственный драйвер, и набор переключателей, в форме коробки переключателей, например, обеспечен для переключения единственного драйвера на каждый из источников света в ненакладывающейся последовательности. Преимуществом является простота и еще более низкая стоимость, чем у вариантов осуществления, в которых каждый канал все еще имеет свой собственный источник тока.

В одном варианте осуществления устройство освещения содержит набор из трех источников света, дающих различные цветовые выходы, причем каждый из источников света содержит LED-устройство.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и освещены со ссылками на вариант(ы) осуществления, описанный(-е) далее.

Краткое описание чертежей

Далее примеры изобретения будут описаны подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает известную систему освещения;

фиг.2 изображает временную схему для известной системы с фиг.1;

фиг.3 изображает первый пример временной схемы, осуществляющий способ изобретения;

фиг.4 изображает второй пример временной схемы, осуществляющий способ изобретения;

фиг.5 изображает третий пример временной схемы, осуществляющий способ изобретения;

фиг.6 изображает четвертый пример временной схемы, осуществляющий способ изобретения;

фиг.7 изображает первый пример системы освещения согласно изобретению;

фиг.8 изображает второй пример системы освещения согласно изобретению;

фиг.9 изображает временную схему, обеспечивающую синхронизирующие сигналы в стандартном формате;

фиг.10 изображает временную схему для системы с фиг.8 для сигналов, выводимых главным средством управления, и желаемых ненакладывающихся сигналов.

фиг.11 изображает схему логического вентиля с фиг.8 для преобразования сигналов в верхней части с фиг.10 в ненакладывающиеся синхронизирующие сигналы в нижней части с фиг.10;

фиг.12 изображает структурную схему альтернативного варианта осуществления изобретения;

фиг.13 изображает несколько наборов управляющих сигналов, обеспеченных двум переключателям, в варианте осуществления с фиг.12.

На чертежах одни и те же или подобные позиционные обозначения указывают одни и те же или подобные компоненты/этапы.

Осуществление изобретения

Изобретение обеспечивает средство управления освещением и способ, в которых источники света активируются в течение соответствующей продолжительности времени в повторяющейся ненакладывающейся последовательности. Конец продолжительности времени для одного источника света обнаруживается для инициирования включения следующего источника света в последовательности. Это обеспечивает ненакладывающееся управление источниками света и обеспечивает эффективность и простоту в осуществлении требуемого средства управления.

Все примеры ниже основаны на устройстве освещения из трех источников света. Однако изобретение может применяться к двум источникам света или более чем к трем. Каждый источник света может содержать единственный LED или группу LED. Кроме того, изобретение не ограничивается LED, и та же самая концепция может применяться к другим устройствам источников света. Изобретение, однако, в особенности представляет интерес для осветительных систем LED с двумя или более каналами и тогда, когда ограничено пространство для драйверов, например, для линейных источников света.

Каждый канал инициирует следующий канал, и поскольку повторяющаяся последовательность определена, последний канал в одном цикле инициирует первый канал в следующем цикле. Путем обеспечения отсутствия наложения между каналами, в каждом цикле пиковая мощность равна максимальной пиковой мощности отдельных каналов. Пиковая мощность может, таким образом, быть ограничена, в результате чего получается низкое требование мощности для драйверов AC-DC для уменьшения требований пространства.

Фиг.3 изображает первый пример временной схемы, осуществляющий способ изобретения.

В этом примере конец продолжительности освещения канала 1 обнаруживается и инициирует начало сигнала освещения канала 2. Конец продолжительности освещения канала 2 обнаруживается и инициирует канал 3, затем конец продолжительности освещения канала 3 обнаруживается и инициирует канал 1 для начала нового цикла повторяющейся последовательности.

Для управления каналами необходима только команда начала для начала канала 1. Никакой другой опорный синхронизационный сигнал не является необходимым. Рабочие циклы или продолжительность времени включения для каждого канала могут быть предварительно установлены. Таким образом, каждый канал после инициирования включается на предварительно установленную продолжительность и затем выключается. Таким образом, операция является простой операцией, которая может быть выполнена любым микропроцессором/микроконтроллером, включая версии низкого уровня/низкой стоимости.

Пример с фиг.3 изображает полную работу для одного цикла 1 так, чтобы активированные продолжительности освещения вместе покрывали каждый период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения. Управление системой освещения обычно будет осуществляться в течение последовательных периодов времени. Каждый период времени происходит, когда система освещения включается и предоставляет желаемый световой выход.

Различные каналы обычно предназначены для различных цветов, и различные рабочие циклы для различных цветов, таким образом, осуществляют управление цветовой точкой и управление цветовой температурой. Будет очевидно из временной схемы с фиг.3, что коэффициент загрузки каждого канала может быть выбран независимо.

В примере с фиг.3 канал 1 имеет рабочий цикл 50%, например, для красного LED, канал 2 имеет рабочий цикл 30%, например, для зеленого LED, и канал 3 имеет рабочий цикл 20%, например, для синего LED.

Это устройство работает на полной выходной мощности. Кроме того, поскольку в любое время один канал включен, мерцание/рябь уменьшается.

Также возможно осуществление дополнительного управления, такого как управление регулированием яркости. С этой целью дополнительный канал управления может быть добавлен, как показано на фиг.4 в виде канала 4. При управлении регулированием яркости этот канал является пустым каналом, который не дает в результате какого-либо светового выхода, например, используемым для управления функцией регулирования яркости. Этот пустой канал используется для регулирования яркости всех источников света на некоторую продолжительность и также для инициирования повторного включения источника света. На фиг.4 продолжительность управления равна нулю.

То, как этот дополнительный канал управления может быть использован для обеспечения управления регулированием яркости, показано на фиг.5.

В этой компоновке обнаружение конца канала 3 инициирует начало продолжительности/импульса включения в канале управления 4, и обнаружение конца продолжительности включения канала управления затем инициирует канал 1 снова и начинает новый период цикла освещения.

Канал управления 4 имеет желаемую продолжительность управления. Она может, таким образом, обрабатываться тем же самым способом, что и продолжительности, которые определяют продолжительности освещения, и, таким образом, может просто обрабатываться в качестве дополнительного канала освещения, даже несмотря на то, что он является по существу пустым каналом. Конец продолжительности управления обнаруживается как дополнительный временной триггер тем же самым способом, которым обнаруживается конец каждой из продолжительностей освещения, и функционирует в качестве временного триггера.

Это означает, что в конце продолжительности освещения для выбранного одного из источников света (канала 3 в этом случае) следующий источник света в последовательности (канал 1 в этом случае) включается после промежуточной продолжительности управления. Эта продолжительность управления, таким образом, представляет задержку времени, в течение которой никакой источник света не активирован. Эта задержка времени является продолжительностью продолжительности управления в канале 4. В этом случае продолжительности освещения и продолжительность управления в канале 4 вместе покрывают все время, в течение которого осуществляется управление устройством освещения.

Например, для мощности/светового выхода 90% канал 4 может иметь рабочий цикл 10%. Чтобы обеспечить ту же самую цветовую точку, что и в примере с фиг.3, канал 1 имеет рабочий цикл (1-10%)*50%=45%, канал 2 имеет рабочий цикл (1-10%)*30%=27% и канал 3 имеет рабочий цикл (1-10%)*20%=18%.

Для того чтобы уменьшить пульсацию/мерцание выхода, этот пустой канал управления может дополнительно быть разделен на множество коротких пустых каналов управления, распределенных между периодами времени освещения множества каналов LED. Это предотвращает длинную продолжительность темноты, и пульсация/мерцание уменьшаются. Этот подход показан на фиг.6. В этом случае в конце продолжительности времени для одного источника света следующий источник света в последовательности включается после соответствующей продолжительности управления. Продолжительности времени освещения и множество управляющих продолжительностей снова покрывают весь период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения. Каждая отдельная продолжительность управления является делением желаемого общего периода выключения (например, 10% из примера выше) на количество реальных световых каналов (например, 3 в настоящем варианте осуществления).

Примеры были даны для единственной продолжительности импульса управления в каждом цикле или некоторого количества задержек продолжительностей управления, соответствующего количеству каналов. Задержка может быть раздроблена на другое количество, такое как каждый 2-й или 3-й канал источника света. Таким образом, в общем, для каждого из по меньшей мере одного из источников света продолжительность управления инициируется для включения концом продолжительности освещения для этого источника света перед тем, как следующий источник света в последовательности включается.

В вышеупомянутом варианте осуществления канал управления не относится к какому-либо источнику освещения для обеспечения регулирования яркости. Но канал управления не ограничивается таким образом. Канал управления может относиться к другим функциональным возможностям для осуществления другого технического эффекта. Например, в более конкретном варианте осуществления канал управления может выборочно относиться к одному из каналов освещения для обеспечения компенсирования в смешении цветов. Специалисты в данной области техники спроектируют другие решения посредством продолжительности управления для решения их технических проблем, и эти решения также находятся в пределах объема изобретения.

Фиг.7 изображает первый пример системы освещения изобретения. Устройство освещения содержит набор драйверов 20, 21 и 22, каждый из которых выполнен с возможностью приводить в действие один из упомянутого набора источников света 10, 11 и 12 соответственно, и причем управление упомянутым набором драйверов 20, 21 и 22 осуществляется средством управления для оперирования в ненакладывающейся последовательности.

Тем же самым компонентам, что и на фиг.1, назначены те же самые ссылочные позиции. Различие заключается в глобальном (удаленном) средстве 70 управления. Вместо синхронизации сигналов PWM для каждого канала с ведущим тактовым опорным сигналом, синхронизация достигается на основе обратной связи сигналов канала. Средство управления просто применяет установленную продолжительность к каждому каналу после инициирования для выполнения этого сигналами обратной связи, которые являются выходными из системы. Средство 70 управления, таким образом, осуществляет обнаружение заднего фронта каждой из продолжительностей освещения, а также осуществляет синхронизацию продолжительностей освещения. Эта обратная связь представлена в простой форме на фиг.7 стрелками 72.

Средство 70 управления, таким образом, содержит блок синхронизации и подблок обнаружения (который может считаться частью блока синхронизации). Внутри блока синхронизации волновые формы повторяющейся последовательности используются в качестве управляющего входа обратной связи для обеспечения временных триггеров, которые блок синхронизации использует в качестве входных данных.

Средство управления, таким образом, генерирует соответствующие выходные сигналы для каждой из продолжительностей, и посредством показанной обратной связи средство управления выполнено с возможностью обнаруживать задний фронт одного выходного сигнала, соответствующего первой продолжительности, и, когда задний фронт обнаруживается, инициировать другой выходной сигнал, соответствующий второй продолжительности, следующей за первой продолжительностью в последовательности. На фиг.7 три выходных сигнала показано для трех источников света. Четвертый канал управления также используется в качестве входа обратной связи, как объяснено выше и как показано стрелкой 72'. Физически порт этого канала может быть полностью внутренним для средства 70 управления или является выходным портом, но изолированным от других компонентов, поскольку он является пустым каналом, не необходимым в качестве реального выхода к драйверу. В случае использования канала управления для других функциональных возможностей порт этого канала управления может быть соединен с другими компонентами.

Средство 70 управления дополнительно содержит интерфейс 74 регулирования, который принимает информацию 76 о желаемых длинах продолжительностей освещения (например, для управления цветовой точкой) и продолжительности или продолжительностей управления (например, для управления регулированием яркости), и средство 70 управления может независимо и по отдельности конфигурировать каждую из продолжительностей согласно принятой информации.

Фиг.8 изображает второй пример системы освещения согласно изобретению. Те же самые компоненты, что на фиг.1 и 7, снова обеспечены теми же самыми ссылочными позициями. Различие заключается в глобальном (удаленном) средстве 80 управления, а также в добавлении устройства 82 логического вентиля.

Фиг.9 изображает временную схему, обеспечивающую желаемые сигналы синхронизации в стандартном накладывающемся формате. Этот пример основан на канале 1 с рабочим циклом 50% (красный LED), канале 2 с рабочим циклом 15% (зеленый LED) и канале 3 с рабочим циклом 15% (синий LED). Это оставляет рабочий цикл 20% пустым. Этот набор сигналов, таким образом, обеспечивает выходную мощность 80% при некоторой конкретной цветовой точке.

Вместо генерирования сигналов, изображенных на фиг.9, средство 80 управления обеспечивает накапливающиеся сигналы, как показано верхними тремя планами на фиг.10. В общем, средство управления генерирует выходные сигналы для каждой из продолжительностей освещения, причем выходные сигналы включены одновременно в начале цикла, но выключены в конце соответствующих продолжительностей освещения. При этих критериях продолжительность импульса освещения для канала 1 неизменна. Продолжительность импульса освещения для канала 2 равна продолжительностям для канала 1 + канала 2, и продолжительность импульса освещения для канала 3 равна каналу 1 + каналу 2 + каналу 3. Это дает каналу 1 рабочий цикл 50%, каналу 2 рабочий цикл 65% и каналу 3 рабочий цикл 80%.

Как будет понятно из последующего, нет необходимости в канале управления в этом случае, поскольку продолжительность управления просто определяется как остающаяся продолжительность времени в периоде после того, как все импульсы освещения истекли. Следует понимать, что продолжительность управления или множество продолжительностей управления могут, однако, также быть использованы для этого варианта осуществления.

Благодаря обеспечению этих накопленных сигналов, существует набор переходов (с пунктирными линиями на фиг.10), который может обрабатываться как вход логического управления для генерирования желаемого набора ненакладывающихся импульсов.

Фиг.11 изображает пример устройства логической цепи, которое может генерировать нижние три плана на фиг.10 из верхних трех планов. Устройство логической цепи содержит два вентиля И и два вентиля НЕ. Осуществляемая функция является следующей:

A = канал 1;

B = НЕ(канал 1) И канал 2

C = НЕ(канал 2) И канал 3

Устройство логической цепи, таким образом, проходит первый канал освещения, но для каждого другого канала освещения существует логическая цепь 110, содержащая:

первый вход для приема сигнала, соответствующего первой продолжительности, которая относится к предшествующему источнику света в последовательности;

второй вход для приема сигнала, соответствующего второй продолжительности, который должна быть инициирован концом первой продолжительности, которая относится к генерируемому сигналу источника света;

модуль логических операций (вентиль НЕ и вентиль И) для вычисления логического результата на основе сигналов, соответствующих первой продолжительности и второй продолжительности, который является логикой И между сигналом, соответствующим второй продолжительности, и инверсией сигнала, соответствующего первой продолжительности. Такие логические цепи 110 генерируют каналы B и C.

Эти желаемые ненакладывающиеся сигналы, выведенные для драйвера, генерируемые этой логической цепью, показаны в виде нижних трех планов на фиг.10. Сигнал A предназначен для LED 10, сигнал B предназначен для LED 11 и сигнал C предназначен для LED 12.

Устройство логической цепи, таким образом, осуществляет обнаружение задних фронтов и использует их в качестве временных триггеров для генерирования импульсов освещения. Это накладывает очень небольшое дополнительное служебное сигнализирование на средство управления.

Можно увидеть, что использование цепи означает, что исходная информация канала имеет форму синхронизирующих волновых форм для каждого источника света, которые начинаются в одно и то же время, так что они могут генерироваться простым образом, не требуя конкретной тактовой синхронизации. Никакой отдельный канал управления не необходим, когда пустой управляющий период находится после всех продолжительностей освещения, как на фиг.10. Однако каналы управления могут также быть использованы для ввода в логическое устройство для того, чтобы обеспечить распределенные периоды управления, как на фиг.6.

Изобретение было испытано и показало себя как уменьшающее полную мощность примера драйвера AC-DC с 45 Вт до 25 Вт. Тогда полное пространство драйвера AC-DC может быть уменьшено примерно на 30% вместе с полным уменьшением стоимости на 15% для драйверов. Кроме того, полная применимая мощность для отдельных LED была в то же время увеличена с 15 Вт до 30 Вт.

В вышеупомянутом варианте осуществления существует множество драйверов, каждый из которых соединяет и приводит в действие один канал/сегмент LED, и управление этими драйверами осуществляется средством управления для оперирования ненакладывающимся/дополняющим образом. Следующий вариант осуществления дает другой вариант осуществления, в котором только один драйвер необходим.

Как изображено на фиг.12, система освещения содержит один единственный драйвер 20, такой как источник постоянного тока/драйвер, и набор переключателей. В этом варианте осуществления присутствует два переключателя S1 и S2. Вход каждого переключателя объединяется с драйвером 20, и выход каждого переключателя объединяется с одним из двух источников 10 и 11 света соответственно. Управление набором переключателей S1 и S2 осуществляется средством 90 управления подобно рассмотренному выше, и управление переключателями осуществляется так, чтобы они были проводящими в ненакладывающейся последовательности. Должно быть ясно, что на практике также более двух LED может быть и будет использовано для осуществления цепочки LED. Также возможно, что множество цепочек параллельно или различных последовательно-параллельных конфигураций LED может быть использовано после переключателей S1 и S2. Для простоты мы будем, однако, рассматривать только простой случай цепочки LED, которая состоит из единственного последовательного соединения LED.

Конкретное осуществление средства 90 управления подобно описанному выше, таким образом, описание не будет обеспечивать излишнее описание.

Следует заметить, что существует интерфейс 74 регулирования, который выполнен с возможностью приема команды регулирования тона/цветовой температуры. Таким интерфейсом управления может быть интерфейс DALI или беспроводной интерфейс Zigbee. Средство 90 управления получает желаемый тон/цветовую температуру и вычисляет надлежащие рабочие циклы этих источников 10 и 11 света. В качестве альтернативы, точные рабочие циклы, которые должны быть применены, могут быть сконфигурированы посредством либо перемычек, конфигурируемых резисторов, связи ближнего поля, DIP-переключателей, либо другого средства для установления статической настройки. Затем средство 90 управления управляет соответствующими переключателями S1 и S2, чтобы они были проводящими дополняющим/ненакладывающимся образом в течение соответствующих продолжительностей. Фиг.13 изображает три набора управляющих сигналов для переключателей S1 и S2. В первом наборе S1 включен в течение более долгой продолжительности, чем S2. Во втором наборе S1 и S2 включены в течение по существу одной и той же продолжительности. В третьем наборе S1 включен в течение более короткой продолжительности, чем S2. В случае настройки источников 10 и 11 света, излучающих свет различной цветовой температуры, эти три набора управляющих сигналов в сущности получают один и тот же световой выход, но различные общие цветовые температуры.

В случае регулирования яркости, в качестве альтернативы, этот вариант осуществления может управлять драйвером 20 посредством протокола DALI (IEC 62386) или протокола 1-10V (IEC 60929-E), и уменьшает ток, который он обеспечивает.

Предпочтительно, если различные переключатели реагируют не точно одновременно, может происходить такая ситуация, что в течение короткого периода времени никакой ток не течет к цепочке LED или к более чем одной цепочке LED. Для противодействия всплесков тока, которые могут возникнуть в результате этого, как показано на фиг.12, конденсатор C может присутствовать в цепи на выходе из драйвера перед набором переключателей, причем этот конденсатор может буферизировать любые неустойчивости тока в течение этих периодов.

Предпочтительно, если полное напряжение для двух цепочек не полностью равно, это может приводить к небольшому пику тока непосредственно после того момента, когда ток переводится от одной цепочки к другой. Во избежание того, чтобы этот пик становился слишком большим, как показано на фиг.13, резисторы R1 и R2 могут добавляться последовательно с переключателем и источником света для уменьшения этого эффекта.

В осуществлении набор переключателей со средством управления и интерфейс регулирования могут быть интегрированы в качестве отдельного модуля, отличного от драйвера, например, осуществляемые в качестве добавочной коробки, которая не изменяет текущего драйвера и обеспечивает сильную экономию.

Изобретение может применяться во всех типах многоканальных систем освещения, которые требуют по меньшей мере двух каналов для приведения в действие источников света, таких как источники света со смешением цветов или с коррелированной цветовой температурой (CCT).

Система использует средство управления освещением. Компоненты, которые могут быть задействованы для средства управления, включают в себя, но не ограничиваются, стандартные микропроцессоры, специализированные интегрированные цепи (ASIC), микроконтроллеры (MCU) и программируемые в условиях эксплуатации вентильные матрицы (FPGA).

В различных осуществлениях процессор или средство управления могут быть ассоциированы с одним или более носителями памяти, такими как энергозависимая и энергонезависимая компьютерная память, такая как RAM, PROM, EPROM и EEPROM. В носителях памяти может быть закодирована одна или более программ, которые при исполнении на одном или более процессорах и/или средствах управления выполняют требуемые функции. Различные носители памяти могут быть фиксированными внутри процессора или средства управления или могут быть передвижными так, что одна или более программ, сохраненных на них, могут быть загружены в процессор или средство управления.

Другие вариации для раскрываемых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники в применении на практике заявляемого изобретения путем изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, и упоминание элемента в единственном числе не исключает множества. Сам факт того, что конкретные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих мер не может быть использована для достижения преимущества. Любые позиционные обозначения в формуле изобретения не следует трактовать как ограничивающие объем.

Изобретение относится к управлению осветительными системами, в частности многоканальными системами освещения. Техническим результатом является обеспечение возможности уменьшения габаритов цепей драйверов без ущерба для производительности системы, а также обеспечение регулируемой выходной характеристики, такой как регулирование смешения цветов и цветовой температуры. Результат достигается тем, что системы управления освещением имеют источники света, которые активируются в течение соответствующей продолжительности освещения в повторяющейся ненакладывающейся последовательности. Конец продолжительности освещения для одного источника света обнаруживается для инициирования включения следующего источника света в последовательности. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Средство (70; 80) управления освещением для управления устройством освещения, содержащим набор из по меньшей мере двух источников (10, 11, 12) света, причем средство управления содержит:

блок синхронизации для управления синхронизацией работы источников света в повторяющейся ненакладывающейся последовательности, причем блок синхронизации выполнен с возможностью включать каждый источник света в течение соответствующей продолжительности освещения,

причем блок синхронизации содержит подблок обнаружения, выполненный с возможностью обнаружения конца продолжительности освещения для одного источника света, и блок синхронизации выполнен с возможностью использования обнаруженного конца продолжительности освещения в качестве временного триггера для включения следующего источника света в последовательности;

причем средство управления дополнительно содержит интерфейс (74) регулирования, выполненный с возможностью приема информации о длинах продолжительностей, и средство управления выполнено с возможностью независимо и по отдельности конфигурировать каждую из продолжительностей согласно принятой информации.

2. Средство управления по п.1, в котором блок синхронизации выполнен с возможностью генерирования продолжительности управления в ответ на временной триггер в обнаруженном конце продолжительности освещения для каждого из по меньшей мере одного из источников света, подблок обнаружения дополнительно выполнен с возможностью обнаружения конца продолжительности управления и блок синхронизации дополнительно выполнен с возможностью включения следующего источника света в последовательности в ответ на обнаруженный конец продолжительности управления, который, таким образом, функционирует в качестве дополнительного временного триггера, и

продолжительности освещения для источников света и продолжительность или продолжительности управления вместе охватывают каждый период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения;

причем продолжительность управления соответствует пустому каналу, который не дает в результате какого-либо светового выхода.

3. Средство управления по п.2, при этом

средство управления является средством управления, выполненным с возможностью обеспечения продолжительностей освещения для по меньшей мере двух источников света последовательно и генерирования продолжительности управления в ответ на временной триггер в конце последовательных продолжительностей освещения для по меньшей мере двух источников света.

4. Средство управления по п.2, при этом

средство управления является средством управления, выполненным с возможностью инициировать соответствующую продолжительность управления в конце продолжительности освещения для каждого из источников света.

5. Средство управления по любому из пп.1-4, в котором блок синхронизации содержит:

первый процессор, выполненный с возможностью генерирования соответствующих выходных сигналов для каждой из продолжительностей,

причем первый процессор дополнительно выполнен с возможностью обнаружения заднего фронта одного выходного сигнала, соответствующего первой продолжительности, и, когда задний фронт обнаружен, инициирования другого выходного сигнала, соответствующего второй продолжительности, следующей за первой продолжительностью в последовательности.

6. Средство управления по любому из пп.1-4, в котором блок синхронизации содержит:

второй процессор, выполненный с возможностью генерирования выходных сигналов для каждой из продолжительностей освещения, причем выходные сигналы включаются одновременно, но выключаются в конце соответствующих продолжительностей освещения;

набор из одной или более логических цепей (110), причем каждая цепь содержит:

первый вход для приема сигнала, соответствующего первой продолжительности, от соответствующего выхода второго процессора;

второй вход для приема сигнала, соответствующего второй продолжительности, которая должна быть инициирована в конце первой продолжительности, от соответствующего выхода второго процессора, причем по меньшей мере упомянутая вторая продолжительность является продолжительностью освещения;

модуль логических операций для вычисления логического результата на основе сигналов, соответствующих первой продолжительности и второй продолжительности, причем упомянутый логический результат содержит логику «И» между сигналом, соответствующим второй продолжительности, и инверсией сигнала, соответствующего первой продолжительности; и

выход для вывода упомянутого логического результата в качестве управляющего сигнала к соответствующему одному из источников света.

7. Система освещения, содержащая:

устройство освещения, содержащее набор источников (10, 11, 12) света; и

средство (70; 80) управления по любому из пп.1-6 для управления устройством освещения.

8. Система освещения по п.7, в которой упомянутое устройство освещения содержит соответствующие драйверы (20, 21, 22), каждый из которых выполнен с возможностью приводить в действие один из упомянутого набора источников (10, 11, 12) света соответственно, причем упомянутое средство (16) управления выполнено с возможностью выдачи команд соответствующим драйверам (20, 21, 22) для управления работой LED-нагрузок; или

упомянутое устройство освещения содержит

- драйвер;

- набор из по меньшей мере двух переключателей, причем вход каждого переключателя соединен с упомянутым драйвером и выход каждого переключателя соединен с одним из упомянутого набора источников света соответственно, и управление упомянутым набором переключателей осуществляется упомянутым средством управления так, чтобы они были проводящими в ненакладывающейся последовательности.

9. Система освещения по п.8, в которой единственный драйвер дополнительно содержит интерфейс для приема сигнала регулирования яркости на основе протокола регулирования яркости, содержащего 1-10V или DALI.

10. Система по п.7, в которой устройство освещения содержит набор из трех источников света, дающих различные цветовые выходы, причем каждый источник света содержит LED-устройство.

11. Способ управления устройством освещения, содержащим набор из по меньшей мере двух источников света, причем способ содержит этапы, на которых:

включают каждый источник (10, 11, 12) света в течение соответствующей продолжительности освещения в повторяющейся ненакладывающейся последовательности и

обнаруживают конец продолжительности освещения для одного источника света и используют обнаруженный конец продолжительности освещения для одного источника света в качестве временного триггера для включения следующего источника света в последовательности;

дополнительно содержит этапы, на которых:

принимают информацию о длинах продолжительностей и

независимо и по отдельности конфигурируют каждую из продолжительностей согласно принятой информации.

12. Способ по п.11, в котором в конце продолжительности освещения для одного источника света следующий источник света в последовательности включается так, чтобы продолжительности освещения вместе охватывали каждый период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения.

13. Способ по п.11, в котором в обнаруженном конце продолжительности освещения для каждого из по меньшей мере одного из источников света продолжительность управления инициируется в обнаруженном конце продолжительности освещения для упомянутого по меньшей мере одного источника света перед тем, как следующий источник света в последовательности включается, причем способ дополнительно содержит этапы, на которых обнаруживают конец продолжительности управления и используют обнаруженный конец продолжительности управления в качестве временного триггера для включения следующего источника света в последовательности, и

продолжительности освещения для источников света и продолжительность или продолжительности управления вместе охватывают каждый период времени, в течение которого осуществляется управление устройством освещения;

причем продолжительность управления соответствует пустому каналу, который не дает в результате какого-либо светового выхода.

14. Способ по п.13, в котором

продолжительности освещения для по меньшей мере двух источников света являются последовательными и продолжительность управления инициируется в обнаруженном конце последовательных продолжительностей освещения по меньшей мере двух источников света.

15. Способ по п.12, в котором

соответствующая продолжительность управления инициируется в обнаруженном конце продолжительности освещения для каждого из источников света.