ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

В изобретении описаны осветительное устройство, электронное трансформаторное устройство и осветительная нагрузка малой мощности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Осветительные устройства некоторых типов требуют использования трансформатора для получения некоторого уровня напряжения. Например, галогенным лампам требуется трансформатор для преобразования напряжения сети до достижения более низкого уровня, обычно 12 В. Галогенные лампы в типичном случае потребляют от 20 Вт до 50 Вт мощности. Вообще говоря, трансформатор, используемый для возбуждения такой нагрузки, представляет собой импульсный источник питания, который переключается с гораздо большей частотой, чем частота сети. Обычно электронный трансформатор работает в соответствии с принципом автоколебаний. Однако трансформатор этого типа не работает надлежащим образом с нововведенными лампами на основе светоизлучающих диодов (СИДов), поскольку светодиодные источники имеют значительно большее отношение люмен на ватт, и потребляют значительно меньшую мощность, чем их галогенные эквиваленты. Электронному трансформатору, работающему в режиме автоколебаний, требуется минимальный ток нагрузки (т.е., ток через источник света), чтобы поддерживать колебания. Вместе с тем, поскольку при возбуждении с помощью электронного трансформатора вышеописанного типа СИД потребляет значительно меньший ток, чем галогенная лампа, автоколебания электронного трансформатора могут прерываться. В частности, когда совместно с такой светодиодной лампой используют диммер, прерывания автоколебаний электронного трансформатора приводят к нестабильной работе диммера. Это может привести к заметным флуктуациям светоотдачи (миганию света) СИДа.

Эта несовместимость является проблемой, когда желательно заменить галогенный источник света существующего осветительного устройства эквивалентным светодиодным источником света. Здесь определение «эквивалентный» следует понимать в контексте типа лампы, например, тип MR16 лампы определяет патрон лампы и выражаемую в люменах светоотдачу. Такая модернизация желательна с точки зрения охраны окружающей среды, поскольку светодиодные источники в общем случае имеют значительно больший срок службы, чем галогенные источники света, и потребляют значительно меньшую мощность. В общем случае, доступ возможен лишь к источнику света такого осветительного устройства, которое уже включает в себя диммер и трансформатор, а поскольку доступ к электронному трансформатору (и диммеру) с целью модификации невозможен даже для опытного технического специалиста, светодиодный источник света, который потребляет относительно малую мощность, обычно нельзя использовать для замены галогенного источника света «нормальной мощности».

Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованное осветительное устройство, которое позволяет избежать вышеописанных проблем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения решается посредством маломощного нагрузочного устройства по п.1 формулы изобретения, посредством осветительного устройства по п.5 формулы изобретения и посредством способа возбуждения нагрузки малой мощности по п.15 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением, маломощное нагрузочное устройство содержит: маломощный источник света; возбудитель для возбуждения маломощного источника света; входные клеммы для соединения с электронным трансформатором, который выполнен с возможностью преобразования источника питания от сети в источник питания для нагрузки нормальной мощности; и средство генерирования обратного тока, выполненное с возможностью обеспечения обратного тока, позволяющего поддержать автоколебания во время работы электронного трансформатора.

Электронный трансформатор в общем случае рассчитан на использование с нагрузкой в пределах некоторого диапазона мощности, т.е., номинальной мощности. Компоненты электронного трансформатора выбирают так, чтобы электронный трансформатор и нагрузка работали удовлетворительно в пределах этого диапазона мощности. Здесь термин «нагрузка нормальной мощности» следует понимать как нагрузку с номинальной мощностью, соответствующую целевому применению электронного трансформатора, поскольку номинал мощности электронного трансформатора должен быть согласован с номиналом мощности его нагрузки. Например, если бы электронный трансформатор был предназначен для возбуждения нагрузки с номинальной мощностью 40 Вт, то «нормальная мощность» нагрузки составляла бы 40 Вт. Следовательно «нагрузка малой мощности» - это нагрузка с номинальной мощностью, являющейся значительно более низкой, чем номинальная мощность нагрузки «нормальной мощности», с которой согласован электронный трансформатор, так что использовать электронный трансформатор непосредственно для возбуждения такой нагрузки нельзя без затруднений или негативных побочных эффектов. В контексте изобретения, термин «нагрузка нормальной мощности» следует понимать как нагрузку, которая потребляет, по меньшей мере, 20 Вт, электронный трансформатор следует понимать как выполненный с возможностью возбуждения такой нагрузки нормальной мощности, а термин «нагрузка малой мощности» следует понимать как нагрузку, которая потребляет мощность в области не более 7 Вт.

Электронный трансформатор выполнен с возможностью обеспечения к цепи нагрузки выходного тока или «прямого тока», т.е., выходного тока, имеющего такую полярность, что происходит передача энергии от электронного трансформатора в цепь нагрузки. Поэтому в контексте изобретения обратный ток - это ток, направление протекания которого противоположно направлению выходного тока или «прямого тока» электронного трансформатора.

Преимущество маломощного нагрузочного устройства в соответствии с изобретением заключается в том, что даже если электронный трансформатор изначально был предназначен явно для возбуждения нагрузки нормальной мощности, его можно использовать для подвода мощности к маломощному источнику света. Таким образом, с помощью относительно простой модификации в отношении маломощного нагрузочного устройства существующего типа, такого, как светодиодное осветительное устройство, его можно использовать с электронными трансформаторами уже известных типов, избегая необязательных затрат, как указано выше.

В соответствии с изобретением, осветительное устройство содержит: электронный трансформатор, выполненный с возможностью преобразования источника питания от сети в источник питания для нагрузки нормальной мощности; и нагрузку малой мощности, соединенную с электронным трансформатором, причем эта нагрузка малой мощности содержит маломощный источник света; при этом осветительное устройство содержит средство генерирования обратного тока, выполненное с возможностью обеспечения обратного тока, позволяющего поддерживать автоколебания трансформатора, когда трансформатор осуществляет возбуждение нагрузки малой мощности, и при этом обратный ток представляет собой ток, направление протекания которого противоположно направлению выходного тока электронного трансформатора.

Преимущество осветительного устройства в соответствии с изобретением заключается в том, что электронный трансформатор, изначально предназначенный для возбуждения нагрузки нормальной мощности, можно - лишь с незначительной регулировкой - использовать для возбуждения нагрузки малой мощности, такой, как маломощный источник света, таким образом, что электронный трансформатор продолжит совершать колебания удовлетворительно даже при очень низких уровнях тока нагрузки. Таким образом, можно продлить сроки эксплуатации электронных трансформаторов старшего поколения, избегая необязательных затрат и сопутствующего им негативного влияния на окружающую среду, и с помощью этих электронных трансформаторов можно осуществлять возбуждение нововведенных нагрузок малой мощности возбуждать и использовать их без необходимого ранее особого проектирования и изготовления специализированных трансформаторов. Осветительное устройство в соответствии с изобретением делает возможной модернизацию существующего осветительного устройства, например, путем замены только источника света светодиодным источником света, оставляя при этом электронный трансформатор (и диммер) неизменным. Средство генерирования обратного тока гарантирует, что электронный трансформатор будет работать стабильно даже если возбуждение нагрузки малой мощности будет осуществляться с помощью значительно меньшего тока нагрузки, чем при нагрузке нормальной мощности.

В соответствии с изобретением, способ возбуждения нагрузки малой мощности содержит этапы, на которых соединяют нагрузку малой мощности с электронным трансформатором, причем электронный трансформатор выполнен с возможностью преобразования источника питания от сети в источник питания для нагрузки нормальной мощности; и обеспечивают обратный ток, позволяющий поддерживать автоколебания трансформатора, когда электронный трансформатор осуществляет возбуждение нагрузки малой мощности.

Преимущество способа в соответствии с изобретением заключается в том, что - просто за счет обеспечения подходящего обратного тока - оказывается возможным возбуждение нагрузки малой мощности, такой, как модифицированный маломощный источник света, посредством электронного трансформатора, который предназначен для возбуждения нагрузки нормальной мощности. Таким образом, например, осветительные устройства старшего поколения можно обновлять относительно экономично и без затруднений для использования маломощных источников света, таких, как СИДы, без обычных недостатков неудовлетворительной совместимости диммера и трансформатора и видимого мигания, являющегося результатом этой неудовлетворительной совместимости.

В зависимых пунктах формулы изобретения и нижеследующем описании раскрыты конкретные преимущественные варианты осуществления и признаки изобретения. Признаки вариантов осуществления можно объединять надлежащим образом. Признаки, описываемые в контексте одной категории пунктов формулы изобретения, с тем же успехом применимы к другой категории пунктов формулы изобретения.

В нижеследующем тексте - но ни в коем случае не в смысле ограничения изобретения - может предполагаться, что «нагрузка нормальной мощности» представляет собой такую нагрузку, как устройство на основе галогенной лампы, а электронный трансформатор выполнен возможностью возбуждения главным образом такой нагрузки. В соответствии с изобретением, применение такого электронного трансформатора адаптировано таким образом, что возбуждение «нагрузки малой мощности» возможно без воспринимаемого раздражающего мигания. И опять, ни в коем случае не имея ввиду ограничить изобретение, в нижеследующем тексте может предполагаться, что маломощный источник света содержит один или несколько СИДов.

Поэтому в предпочтительном варианте осуществления изобретения электронный трансформатор представляет собой трансформатор, который был изначально выполнен с возможностью возбуждения нагрузки «нормальной мощности», содержащей одну или несколько галогенных ламп MR16 мощностью от 20 Вт до 60 Вт. При наличии средства генерирования обратного тока осветительного устройства в соответствии с изобретением, этот электронный трансформатор может работать стабильно, т.е., без нежелательного прерывания его автоколебаний, а значит - и без каких бы то ни было вытекающих отсюда негативных или воспринимаемых побочных эффектов, когда его используют для возбуждения одного или нескольких маломощных нагрузочных устройств в соответствии с изобретением, которые вместе потребляют значительно меньшую мощность, чем такая нагрузка «нормальной мощности». Например, нагрузка малой мощности может содержать несколько маломощных нагрузочных устройств в соответствии с изобретением, соединенных в параллельной конфигурации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, маломощный источник света содержит некоторое количество светоизлучающих диодов (СИДов). Поскольку СИДы потребляют мощность на относительно низких уровнях и поскольку разработки в области проектирования СИДов ведут к дальнейшим снижениям потребления ими мощности, осветительное устройство в соответствии с изобретением предпочтительно содержит маломощный источник света, который выполнен с возможностью потребления не более 7 Вт, предпочтительно - не более 4 Вт. Конечно, при надлежащем выборе электронных компонентов осветительное устройство в соответствии с изобретением можно было бы использовать даже для возбуждения нагрузки малой мощности, которая потребляет менее 4 Вт, при отсутствии каких бы то ни было прерываний в автоколебаниях электронного трансформатора. В отличие от известных технических решений, осветительное устройство в соответствии с изобретением не накладывает требование минимальный мощности на используемый в нем маломощный источник света.

Существуют различные пути воплощения трансформатора для сокращения электропитания от сети (обычно 230 В и 50 Гц в Европе или 110 В в США) до уровня, который безопасен для использования с такими устройствами, как малые бытовые приборы, потребительская электроника, или в осветительных применениях, которые связаны с использованием таких источников света, как галогенные лампы. В нижеследующем тексте - но без какого бы то ни было ограничения изобретения - может предполагаться, что электронный трансформатор представляет собой импульсный источник питания с частотой переключения, которая значительно выше, чем частота сети.

В общем случае, электронный трансформатор будет иметь выпрямитель на своем входе, полумостовую схему с парой транзисторных ключей для автоколебаний, пусковую схему для запуска автоколебаний, трансформатор возбуждения, предназначенный для возбуждения транзисторных ключей, и силовой трансформатор для подключения к нагрузке через выходы электронного трансформатора. Нагрузка, подлежащая возбуждению посредством электронного трансформатора, подсоединена через вторичную обмотку силового трансформатора. Каждый транзисторный ключ предпочтительно представляет собой токовый ключ, такой, как биполярный плоскостной транзистор (БПТ). В нижеследующем тексте, для простоты изложения - но без какого бы то ни было ограничения изобретения - будет предполагаться, что используется БПТ. Транзисторный ключ электронного трансформатора обычно снабжен встречно-параллельно включенным диодом для облегчения протекания тока индуктивной нагрузки.

Принцип работы электронного трансформатора заключается в том, что сразу же после того, как импульс запуска из пусковой схемы запустил автоколебания, они продолжаются без прерывания между моментами начала и окончания в пределах полупериода напряжения сети. Вблизи перехода напряжения сети через нуль автоколебания прекращаются, а вскоре после перехода напряжения сети через нуль снова перезапускаются новым импульсом запуска. Постольку, поскольку нагрузка потребляет достаточный ток, автоколебания продолжаются между этими моментами начала и окончания, и на вторичной обмотке силового трансформатора обеспечиваются, по существу, прямоугольные сигналы напряжения и тока на выходе (с огибающей в соответствии с любым регулированием яркости, проводимым на сигнале сети). Автоколебания являются результатом взаимодействия между транзисторами, трансформатором возбуждения, силовым трансформатором и током нагрузки. Транзисторы быстро включаются и выключаются попеременно. Всякий раз, когда один транзистор «активен», т.е., проводит, другой «не активен», т.е., не проводит. Частота переключения в общем случае гораздо выше, чем частота сети.

Чтобы включить и сделать проводящим БПТ электронного трансформатора, его ток базы должен достичь минимального уровня. Этот ток базы весьма зависим от тока, потребляемого нагрузкой. Когда такой электронный трансформатор осуществляет возбуждение нагрузки малой мощности, она не всегда будет в состоянии потреблять именно ток, достаточный для поддержания переключения транзисторов, так что автоколебания будут прерываться. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления изобретения средство генерирования обратного тока выполнено с возможностью инжекции обратного тока со стороны нагрузки в силовой трансформатор, вследствие чего этот обратный ток приводит к соответствующему току на стороне первичной обмотки силового трансформатора и поэтому «в состоянии» способствовать переключению транзисторов. В предпочтительном варианте, для поддержания и/или приращения тока базы активного транзистора обеспечивается обратный ток, а значит - и соответствующий ток на стороне первичной обмотки силового трансформатора. Этот обратный ток действует, понижая среднюю мощность нагрузки при одновременном поддержании минимального тока базы, требуемого для работы активного транзистора. Таким образом, за счет гарантии того, что активный транзистор всегда может проводить, автоколебания происходят без прерывания. Это средство генерирования обратного тока может быть воплощено некоторым количеством способов, как будет пояснено в нижеследующем тексте.

В одном конкретно предпочтительном варианте осуществления изобретения, средство генерирования обратного тока содержит индуктор, скомпонованный параллельно нагрузке малой мощности, сочетаемый с импульсным режимом работы нагрузки малой мощности, например, за счет использования импульсного источника питания, который обеспечивает выходное напряжение и ток в форме высокочастотных импульсов. «Параллельный индуктор» действует, осуществляя инжекцию обратного тока во вторичную обмотку силового трансформатора, как пояснялось выше, тем самым способствуя выполнению трансформатором функции автоколебаний. Обратный ток непосредственно применяется всякий раз, когда происходит коммутация выходного напряжения в результате автоколебаний электронного трансформатора. Благодаря реактивному характеру параллельного индуктора, ток через индуктор непосредственно после коммутации выходного напряжения противоположен по полярности выходному напряжению, и поэтому направление тока индуктора противоположно направлению тока, обеспечиваемого электронным трансформатором, т.е., ток индуктора является «обратным током». Таким образом, сочетание параллельного индуктора и импульсного режима работы нагрузки малой мощности понижает среднюю мощность нагрузки при одновременном поддержании минимального тока базы, который требуется для работы активного транзистора.

Нагрузка малой мощности, такая, как возбудитель СИДов, может содержать повышающий преобразователь. Эту нагрузку можно воплотить как силовой буферный каскад после силового входного каскада со входными клеммами для соединения с выходными клеммами электронного трансформатора, вследствие чего параллельный индуктор оказывается соединенным через эти клеммы, либо как часть электронного трансформатора, либо - что предпочтительнее - как часть нагрузки малой мощности. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, нагрузка малой мощности содержит импульсную схему тактирования для повышающего преобразователя. Как упоминалось выше, электронный трансформатор в сущности представляет собой импульсный источник питания, который переключается с частотой, гораздо большей, чем частота сети. Поэтому в дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения нагрузка малой мощности содержит модуль синхронизации, выполненный с возможностью синхронизации схемы тактирования с частотой переключения электронного трансформатора, например, для управления повышающим преобразователем в импульсном режиме работы.

Сочетание параллельного индуктора и работы в импульсном режиме обладает выгодным эффектом понижения средней мощности нагрузки.

В альтернативном предпочтительном варианте осуществления изобретения, средство генерирования обратного тока содержит безмостовой синхронный повышающий преобразователь, используемый вместо простого устройства, содержащего выпрямитель и повышающий преобразователь, которое в общем случае используется в известных приборах в качестве входного каскада осветительной нагрузки малой мощности. Безмостовой синхронный повышающий преобразователь в общем случае используется как возбудитель в применениях, связанных с большой мощностью, для повышения кпд нагрузки большой мощности. Поэтому в таком варианте осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением используется синхронный повышающий преобразователь в нетипичном применении, т.е., применении, для которого он обычно не должен рассматриваться. Во время разработки осветительного устройства, авторы изобретения заметили, что безмостовой синхронный повышающий преобразователь может оказаться весьма подходящим для создания обратного тока в электронном трансформаторе, поскольку его входной ток может протекать в двух направлениях. Безмостовой синхронный повышающий преобразователь для использования с биполярным входным напряжением и током, обычно основан на конструкции с четырьмя полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник (полевыми МОП-транзиторами) в мостовой конфигурации. Для генерирования надлежащих сигналов управления затворами, для полевых МОП-транзисторов обычно используют подходящий модуль тактирования, чтобы управлять амплитудой тока нагрузки. При использовании в осветительном устройстве в соответствии с изобретением, биполярное напряжение для синхронного повышающего преобразователя представляет собой выходное напряжение электронного трансформатора, а модуль тактирования сконфигурирован для обеспечения управления затворами полевых МОП-транзисторов с целью получения желаемого тактирования и желаемой амплитуды. Управление синхронным повышающим преобразователем предпочтительно осуществляют так, что обратный ток обеспечивается после каждой коммутации его входного напряжения. Коммутацию входного напряжения можно назвать «событием», которое запускает генерирование обратного тока. За счет генерирования обратного тока после коммутации входного напряжения, происходит передача энергии из цепи нагрузки обратно в электронный трансформатор. Таким образом, даже нагрузку малой мощности можно сделать совместимой с электронным трансформатором, который фактически выполнен с возможностью возбуждения нагрузки нормальной мощности.

Повышающий преобразователь в общем случае уже содержит такие модули, как модуль тактирования, модуль синхронизации, и т.д. Поэтому в дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения синхронный повышающий преобразователь содержит также модуль управления, выполненный с возможностью управления длительностью обратного тока, инжектируемого обратно в электронный трансформатор. За счет надлежащей конфигурации этих модулей, получение обратного тока с желаемой величиной и длительностью оказывается относительно простым, и его можно точно тактировать для поддержания автоколебаний электронного трансформатора. Например, величину обратного тока можно адаптировать к поддержанию любого из транзисторов электронного трансформатора в проводящем состоянии.

Оба вышеописанных подхода дают возможность поддерживать автоколебания электронного трансформатора и при этом понижать среднюю мощность нагрузки. Средство генерирования обратного тока может быть любым подходящим образом включено в состав осветительного устройства. Чтобы облегчить модернизацию существующих осветительных устройств, например, с целью сделать их способными заменить галогенную лампу MR16 светодиодной лампой, средство генерирования обратного тока может быть включено в состав светодиодной лампы. Например, через клеммы светодиодной лампы можно соединить параллельный индуктор надлежащего типоразмера, так что с электронным трансформатором рассматриваемого типа, выполненным с возможностью возбуждения лампы типичной мощности - 20 Вт, 35 Вт или 50 Вт, например, галогенной лампы MR16 или другой лампы низкого напряжения, такой, как лампы AR111, лампы MR11, лампы G4, и т.д., можно использовать светодиодную лампу очень малой мощности.

Обычно цепи освещения на основе галогенных ламп, таких, как лампы MR16, оснащены также диммером, так что если это желательно, то возможно регулирование светоотдачи источника света по яркости. Такой диммер может быть, например, диммером по переднему фронту импульсов. Поэтому в дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения осветительное устройство содержит диммер, выполненный с возможностью диммирования светоотдачи осветительной нагрузки, соединенной с электронным трансформатором. Такой диммер в общем случае скомпонован между источником питания от сети и электронным трансформатором.

При разработке осветительного устройства в соответствии с изобретением протестированы различные версии схем осветительного устройства, и некоторые из них поясняются ниже.

Другие задачи и признаки данного изобретения станут ясными из нижеследующих подробных описаний, приводимых в связи с прилагаемыми чертежами. Вместе с тем, следует понять, что чертежи предназначены просто для иллюстрации, а не приводятся с целью определения объема притязаний изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показана упрощенная принципиальная схема электронного трансформатора 2;

На фиг.2 показаны колебательные сигналы, связанные с электронным трансформатором согласно фиг.1;

На фиг.3 показаны примерные колебательные сигналы, иллюстрирующие принцип автоколебаний электронного трансформатора согласно фиг.1;

На фиг.4 показан первый вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением;

На фиг.5 показаны идеальные формы сигналов, получаемые при эксплуатации осветительного устройства согласно фиг.4;

На фиг.6 показан второй вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением;

На фиг.7 показаны идеальные формы сигналов, получаемые при эксплуатации осветительного устройства согласно фиг.6;

Фиг.8 иллюстрирует поведение электронного трансформатора согласно фиг.1, когда его используют для возбуждения нагрузки малой мощности в известном устройстве.

Одинаковые позиции на всех чертежах относятся к одинаковым объектам. Объекты на чертежах не обязательно вычерчены в масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 показана упрощенная принципиальная схема электронного трансформатора 2. Он содержит выпрямитель 20 во входном каскаде и может быть подсоединен непосредственно к источнику 4 питания от сети, как здесь показано, или к выходу диммера, такого, как диммер по переднему фронту импульсов. Электронный трансформатор 2 содержит пусковую схему 21, которая запускает чередующееся переключение пары транзисторов Q1, Q2 полумостовой схемы 23, трансформатор 22 возбуждения, предназначенный для возбуждения транзисторов Q1, Q2, и силовой трансформатор 24 для подключения к нагрузке 5. Силовой трансформатор 24 имеет первичную обмотку 240 и вторичную обмотку 241. Трансформатор 22 возбуждения имеет две вторичные обмотки 220_1, 220_2 (каждая из которых связана с одним из транзисторов Q1, Q2) и первичную обмотку 221, соединенную последовательно с первичной обмоткой 240 силового трансформатора 24. Частота переключения электронного трансформатора 2, т.е., частота его автоколебаний, определяется главным образом взаимодействием между транзисторами Q1, Q2, трансформатором 22 возбуждения, силовым трансформатором 24, а также током, потребляемым нагрузкой. Электронный трансформатор 2, который предназначен для возбуждения нагрузки 5, такой, как галогенная лампа MR16, в типичном случае оптимизирован для потребления мощности нагрузки 20-60 Вт. Этот чертеж показывает, что нагрузку 5 нормальной мощности можно подсоединять через выходные клеммы 200 электронного трансформатора 2.

На фиг.2 показаны колебательные сигналы, связанные с электронным трансформатором 2 согласно фиг.1. С левой стороны показаны колебательные сигналы на протяжении полного периода напряжения сети. Входное напряжение сети, U_сети, выпрямляется с получением выпрямленного сигнала U_выпр. Через некоторое время после перехода напряжения сети через нуль («коммутации»), когда выпрямленное напряжение U_выпр достигло некоторого уровня, пусковая схема генерирует импульс T21 запуска, который запускает автоколебания, характеризующиеся чередующимся переключением транзисторов Q1, Q2. С правой стороны показаны колебательные сигналы на протяжении доли периода напряжения сети вблизи импульса T21 запуска. Автоколебания недвусмысленно указаны растянутыми колебательными сигналами напряжения на правой стороне, где показаны входное и выходное напряжения 24_вх, 24_вых в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора 24, совершающего колебания на «частоте автоколебаний».

Напряжение сети, U_сети, и выпрямленное напряжение U_выпр имеют, по существу, одинаковое максимальное значение. Максимальное значение входного напряжения 24_вх в первичной обмотке силового трансформатора составляет примерно половину максимального значения напряжения сети. Максимальное значение выходного напряжения 24_вых во вторичной обмотке силового трансформатора зависит от отношения витков. Каждое из входного напряжения 24_вх и выходного напряжения 24_вых имеет огибающую, получаемую исходя из выпрямленного сигнала U_выпр напряжения сети.

За какое-то время до следующего перехода напряжения сети через нуль, когда выпрямленное напряжение U_выпр падает до некоторого уровня, автоколебания прекращаются и возобновятся опять, когда пусковая схема 21 выдаст следующий импульс T21 запуска. Между моментами t1, t2 автоколебания не должны прерываться, но это нельзя гарантировать, если нагрузка, подсоединенная на выходе электронного трансформатора 2, имеет номинальную мощность, которая ниже, чем номинал мощности, на который рассчитан электронный трансформатор 2.

На фиг.3 показаны возможные колебательные сигналы, иллюстрирующие принцип автоколебаний на основе эквивалентной схемы электронного трансформатора 2 согласно фиг.1. Выходной ток I₀, представляющий собой ток через нагрузку, имеет форму, по существу, прямоугольных сигналов. Ток намагничивания, I_нам, представляющий собой ток через индуктивность намагничивания трансформатора возбуждения, имеет форму, по существу, треугольных импульсов. Токи баз, I_{б_Q1}, I_{б_Q2,} через транзисторы Q1, Q2 являются прерывистыми, причем каждый из них начинается с максимального значения и уменьшается до значения ниже нуля благодаря влиянию времени накопления заряда БПТ. Когда первый транзистор активен, второй транзистор неактивен, и наоборот. Напряжение на индуктивности намагничивания трансформатора возбуждения определяется напряжением на переходе база-эмиттер активного транзистора. Можно предположить, что это постоянное напряжение 0,7 В, когда используют такой транзистор, как БПТ. Это напряжение определяет ток намагничивания, I_нам. Когда активный транзистор проводит, ток через его переход база-эмиттер задается разностью между выходным током, отраженным на сторону вторичной обмотки трансформатора возбуждения, и током намагничивания, I_нам. Активный транзистор остается проводящим до тех пор, пока заряд, обуславливающий проводимость, не будет снят с его базы. В этот момент, энергия, накопленная в индуктивности намагничивания, приводит ко включению другого транзистора, и ток нагрузки, I₀, меняет направление. В этой упрощенной модели, максимальный ток через переход база-эмиттер транзистора Q1, Q2 приблизительно вдвое больше, чем отраженный выходной ток.

Ток, потребляемый нагрузкой, может негативно влиять на способность электронного трансформатора удерживать или поддерживать автоколебания, описанные выше. Период автоколебаний продолжается неопределенно долго, когда нагрузка потребляет достаточный ток нагрузки. Вместе с тем, если нагрузка, подсоединенная к электронному трансформатору, не потребляет достаточный ток, как может быть в случае, когда электронный трансформатор используют для возбуждения нагрузки с номиналом мощности ниже того номинала мощности, на который рассчитан электронный трансформатор, активный транзистор не переключается должным образом (не вводится в насыщение), так что период, описанный выше в связи с фиг.3, будет прерван. Чтобы автоколебания начались снова, требуется еще один импульс запуска из пусковой схемы 21. Когда нагрузка малой мощности представляет собой осветительную нагрузку, упомянутое прерывание также может негативно повлиять на поведение диммера, предшествующего электронному трансформатору, результатом чего может стать заметное мигание.

На фиг.4 показан первый вариант осуществления осветительного устройства 1 в соответствии с изобретением. Здесь осветительное устройство 1 содержит маломощное нагрузочное устройство 3, содержащее светодиодный 30 источник света и возбудитель 31 СИДов. Возбудитель 31 СИДов может содержать обычные модули, такие, как повышающий преобразователь, и т.д., а возбуждение повышающего преобразователя осуществляется в импульсном режиме работы, так что добавочный ток «выключен» на протяжении части периода его переключения после перехода через нуль напряжения нагрузки. Осветительное устройство 1 дополнительно содержит электронный трансформатор 2, выполненный с возможностью возбуждения нагрузки нормальной мощности. В этом варианте осуществления, диммер 40 находится между источником 4 питания и электронным трансформатором 2. Нагрузка 3 соединена с электронным трансформатором 2 посредством подходящих соединителей 300, таких, как штырьки MR16 для соединения с выходными клеммами электронного трансформатора 2. В этом возможном варианте осуществления, осветительное устройство 1 дополнительно содержит параллельный индуктор L_P, который инжектирует обратный ток I_{обр_LP} во вторичную обмотку силового трансформатора электронного трансформатора 2 всякий раз, когда происходит коммутация выходного напряжения на соединителях 300, и повышающий преобразователь выключен на протяжении части половины периода переключения электронного трансформатора. В соответствии с изобретением, обратный ток инжектируется независимо от тока преобразователя. Например, генерирование обратного тока возможно в момент между 0 секунд после коммутации и моментом истечения периода, составляющего, например, одну четверть (1/4) периода переключения после коммутации.

На фиг.5 показаны идеальные формы сигналов (в верней части графиков), получаемые при эксплуатации осветительного устройства согласно фиг.4, а также идеальные формы 50, 51 сигналов (в нижней части графиков), получаемые для известной конфигурации без какого-либо параллельного индуктора между силовым трансформатором и возбудителем СИДов. Здесь выходное напряжение 50, 24_вых электронного трансформатора 2 совершает колебания как прямоугольные сигналы. Без параллельного индуктора, ток нагрузки 51 также должен иметь, по существу, форму прямоугольных сигналов. В варианте осуществления согласно фиг.4, ток нагрузки, I_{нагрузки}, в сущности содержит обратный ток I_{обр_LP} как участок линейной функции, наложенный на импульсный добавочный ток, так что полярность тока нагрузки, I_{нагрузки}, противоположна полярности напряжения нагрузки 24_вых на протяжении части периода переключения, T_SC, после каждого перехода через нуль напряжения нагрузки, 24_вых, в момент переключения t_SW. Эти графики также показывают, что период переключения, T_SC, электронного трансформатора 2, используемого в конфигурации согласно фиг.4, длительнее, чем период переключения, T_{SC_50} электронного трансформатора 2, используемого в «нормальной» или известной конфигурации.

На фиг.6 показан второй вариант осуществления осветительного устройства 1 в соответствии с изобретением. И в данном случае осветительное устройство 1 тоже содержит маломощное нагрузочное устройство 3, содержащее светодиодный источник света 30, электронный трансформатор 2, выполненный с возможностью возбуждения нагрузки нормальной мощности, и нагрузку 3, подсоединенную к электронному трансформатору 2 посредством подходящих соединителей 300. В этом воплощении, нагрузка 3 малой мощности содержит возбудитель 32 СИДов, который включает в себя безмостовой синхронный повышающий преобразователь SB, конфигурация которого обеспечивает инжекцию обратного тока I_{обр_SB} во вторичную обмотку силового трансформатора электронного трансформатора 2 всякий раз, когда происходит коммутация выходного напряжения на соединителях 300. Желаемой полярности и длительности обратного тока I_{обр_SB} можно достичь, конфигурируя синхронный повышающий преобразователь SB так, что надлежащие сигналы управления подаются к затворам полевых МОП-транзисторов.

Это иллюстрируется на фиг.7, где показаны (в верхней части графиков) идеальные формы сигналов 24_вых, получаемые при эксплуатации осветительного устройства согласно фиг.6, а также идеальные формы 70, 71 сигналов (в нижней части графиков), получаемые при отсутствии управления безмостовым синхронным повышающим преобразователем для генерирования обратного тока. В каждом случае, выходное напряжение 70, 24_вых электронного трансформатора 2 совершает колебания как прямоугольные сигналы. Без средства генерирования обратного тока, ток 71 нагрузки также должен иметь форму, по существу, прямоугольных сигналов. Вместе с тем, при использовании схемы согласно фиг.6, обратный ток, I_{обр_SB}, инжектируемый в электронный трансформатор 2 нагрузкой 3 малой мощности, в сущности «вычитается» из формы прямоугольных сигналов тока нагрузки, I_{нагрузки}. Поэтому на протяжении заранее определенного времени после коммутации выходного напряжения 24_вых, ток нагрузки, I_{нагрузки}, имеет полярность, противоположную полярности выходного напряжения 24_вых, и представляет собой, по существу, «обратный ток» I_{обр_SB}. Для поддержания автоколебаний электронного трансформатора 2, обратный ток I_{обр_SB}, инжектируют непосредственно после момента коммутации или момента переключения, t_SW. Таким образом, поддерживать автоколебания электронного трансформатора 2 можно даже несмотря на то, что средняя мощность нагрузки, потребляемая нагрузкой 3 малой мощности в осветительном устройстве 1 согласно фиг.6, может быть значительно ниже, чем мощность, потребляемая нагрузкой «нормальной мощности», возбуждение которой осуществляет этот электронный трансформатор 2, предназначенный для возбуждения нагрузки нормальной мощности. Здесь обратный ток I_{обр_SB} имеет форму импульсов и инжектируется на протяжении примерно одной восьмой периода переключения, T_SC, электронного трансформатора 2. Эти графики также показывают, что период переключения, T_SC, электронного трансформатора 2, используемого в конфигурации согласно фиг.6, длительнее, чем период переключения, T_{SC_70} электронного трансформатора 2, используемого в «нормальной» или известной конфигурации.

Фиг.8 иллюстрирует проблему, которая может возникать, когда электронный трансформатор согласно фиг.1 используют для возбуждения нагрузки малой мощности непосредственно, т.е., в известном устройстве и без каких-либо средств генерирования обратного тока, и демонстрирует колебательные сигналы, аналогичные тем, которые показаны на фиг.2, в возможных временных рамках. Здесь показаны прерывания в автоколебаниях. Прерывания в типичном случае являются результатом того, что ток нагрузки слишком мал для электронного трансформатора 2. После каждого прерывания автоколебаний, пусковую схема 21 выдает импульс T21 запуска, чтобы снова начать автоколебания. Напряжения 24_вх, 24_вых на силовом трансформаторе 24 тоже прерываются в течение всего времени, когда транзисторы Q1, Q2 неспособны проводить. Это неустойчивое поведение весьма неудовлетворительно и может приводить к видимому миганию, в частности, если нагрузка малой мощности представляет собой осветительное устройство, а также может ухудшить поведение диммера, предшествующего электронному трансформатору 2.

Хотя данное изобретение раскрыто в форме предпочтительных примеров его осуществления и вариантов, должно быть ясно, что в рамках объема притязаний изобретения в него можно внести дополнительные модификации и изменения. Большинство концепций изобретения применимы, когда для возбуждения светодиодной лампы используют магнитный трансформатор - если средством генерирования обратного тока является параллельный индуктор, его следует отсоединить, а если средством генерирования обратного тока является синхронный повышающий преобразователь, то модификации не требуются. Для ясности, отметим необходимость понять, что употребление признаков единственного числа по всему тексту этой заявки не исключает множество, а термин «содержащий» не исключает другие этапы или элементы.

Изобретение относится к осветительным устройствам. Техническим результатом является обеспечение стабильности работы осветительного устройства при работе с маломощным нагрузочным устройством, таким как светоизлучающие диоды. Результат достигается тем, что маломощное нагрузочное устройство (3) содержит нагрузку (3) малой мощности; возбудитель (2) для нагрузки (3) малой мощности; соединители (300) для соединения с электронным трансформатором (2), выполненным с возможностью преобразования источника (4) питания от сети в источник питания для нагрузки (5) нормальной мощности; и средство (L_P, SB) генерирования обратного тока, выполненное с возможностью обеспечения обратного тока (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) так, чтобы поддерживать автоколебания во время работы трансформатора (2), причем направление протекания обратного тока (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) противоположно направлению выходного тока электронного трансформатора. В изобретении также описано осветительное устройство (1), содержащее: электронный трансформатор (2), выполненный с возможностью преобразования источника (4) питания от сети в источник питания для нагрузки нормальной мощности; нагрузку (3) малой мощности, соединенную с электронным трансформатором (2), причем эта нагрузка (3) малой мощности содержит маломощный источник (30) света; и при этом осветительное устройство (1) содержит средство (L_P, SB) генерирования обратного тока, выполненное с возможностью обеспечения обратного тока (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}), чтобы поддерживать автоколебания трансформатора, когда этот трансформатор (2) осуществляет возбуждение нагрузки (3) малой мощности, причем направление протекания обратного тока (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) противоположно направлению выходного тока электронного трансформатора (2). В изобретении также описан способ возбуждения нагрузки (3) малой мощности с помощью электронного трансформатора (2), выполненного с возможностью возбуждения нагрузки (5) нормальной мощности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Маломощное нагрузочное устройство (3), содержащее:

- маломощный источник (30) света;

- возбудитель (31, 32) для маломощного источника (30) света;

- входные клеммы (300) для соединения с электронным трансформатором (2), работающим в режиме автоколебаний, причем электронный трансформатор (2) согласован с нагрузкой (5) нормальной мощности и скомпонован с возможностью обеспечения выходного тока; и

- средство (L_P, SB) генерирования обратного тока, скомпонованное с возможностью обеспечения обратного тока (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) всякий раз, когда происходит коммутация обратного тока через входные клеммы (300) во время работы электронного трансформатора (2), причем обратный ток имеет направление протекания, противоположное направлению выходного тока электронного трансформатора (2), тем самым передавая энергию электронному трансформатору (2), при этом средство (L_P) генерирования обратного тока содержит индуктор (L_P), подсоединенный через входные клеммы (300), или безмостовой синхронный повышающий преобразователь (SB).

2. Маломощное нагрузочное устройство по п.1, в котором синхронный повышающий преобразователь (SB) выполнен с возможностью управления длительностью обратного тока (I_{обр_SB}), генерируемого синхронным повышающим преобразователем (SB).

3. Осветительное устройство (1), содержащее маломощное нагрузочное устройство (3) по п.1 и электронный трансформатор (2).

4. Осветительное устройство по п.3, в котором электронный трансформатор (2) содержит силовой трансформатор (20), и при этом средство (L_P, SB) генерирования обратного тока выполнено с возможностью инжекции обратного тока (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) в силовой трансформатор (20).

5. Осветительное устройство по п.3 или 4, в котором электронный трансформатор (2) содержит пару транзисторных ключей

(Q1, Q2), и при этом обеспечивается обратный ток (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) для приращения и/или поддержания тока базы (I_{б_Q1}, I_{б_Q2}) транзисторных ключей (Q1, Q2).

6. Осветительное устройство по п.3, в котором обратный ток (I_{обр_LP}, I_{обр_SB}) генерируется на протяжении не более одной четверти периода переключения (T_SC) электронного трансформатора (2).

7. Осветительное устройство по п.3, в котором нагрузка нормальной мощности находится в диапазоне от 20 Вт до 60 Вт.

8. Осветительное устройство по п.3, в котором маломощный источник (30) света выполнен с возможностью потребления мощности в диапазоне от 3 Вт до 6 Вт.

9. Осветительное устройство по п.3, в котором маломощный источник (30) света содержит некоторое количество светоизлучающих диодов (30).

10. Осветительное устройство по п.3, содержащее диммер (40), предшествующий электронному трансформатору (2).