Управляющая схема и способ управления светодиодами Российский патент 2019 года по МПК H05B33/08 H05B37/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к управляющей схеме и способу, в частности к управляющей схеме и способу управления светодиодами.

Уровень техники

Светоизлучающие диоды (светодиоды) сменяют обычные технологии освещения благодаря своим преимуществам, включающим меньшее потребление энергии, меньшие размеры и низкие уровни загрязнения окружающей среды. Используемые в настоящее время светодиоды в основном управляются с помощью технологий регулирования яркости с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая вызывает быстрое переключение между состоянием нулевого тока и состоянием полного тока со скоростью, зависящей от частоты волны импульса, что приводит к мерцанию светодиодов. Мерцание светодиодов, хотя и незаметно для человеческого глаза из-за инерционности зрительного восприятия, после продолжительного времени воздействия таких осветительных приборов вызывает зрительное утомление. Это имеет особенно важное значение для хирургических осветительных систем на основе светодиодов. В хирургической области применения, в которой хирурги часто выполняют длительные хирургические процедуры и дело касается здоровья пациентов, глаза обеих сторон могут серьезно уставать из-за мерцания, производимого такими осветительными системами. С другой стороны, такие осветительные системы на основе светодиодов имеют свойство создавать мерцания и полосы на мониторе, используемом медицинскими институтами или хирургами для периодического наблюдения за хирургическими вмешательствами. В свете приведенного выше неблагоприятные мерцания, происходящие из-за технологии управления современными светодиодами, стали актуальной проблемой, ожидающей решения.

Раскрытие сущности изобретения

Для решения такой проблемы, согласно настоящему изобретению, предложена управляющая схема для управления светодиодами, содержащая: преобразователь напряжения, электрически соединенный с источником питания и светодиодной лентой, причем преобразователь напряжения поставляет фиксированное напряжение на светодиодную ленту; и светорегулирующий блок на основе тока, электрически соединенный с преобразователем напряжения, причем светорегулирующий блок на основе тока управляет амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала.

Согласно настоящему изобретению, также предложен способ управления светодиодом, включающий: подачу фиксированного напряжения на светодиодную ленту и управление током, протекающим через эту светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала амплитудой.

Согласно настоящему изобретению, фиксированное напряжение подают на светодиодную ленту посредством преобразователя напряжения, причем широтно-импульсный модулированный сигнал принимают с помощью светорегулирующего блока на основе тока, а амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, управляют аналоговым способом на основании коэффициента заполнения этого широтно-импульсного модулированного сигнала. Эти признаки направлены на преодоление недостатка, состоящего в мерцании светодиодов, возникающего в результате использования известных способов управления светодиодами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана структурная схема, которая схематически изображает управляющую схему для управления светодиодами в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема управляющей схемы для управления светодиодами в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Ниже подробно изложены несколько примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что эти варианты осуществления раскрыты только в целях иллюстрации общих принципов настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения задан сопутствующей формулой изобретения, а не ограничен вариантами осуществления изобретения, раскрытым в настоящем документе и содержащим конкретные признаки, структуры и характеристики. Кроме того, все не являющиеся необходимыми признаки не показаны на любом из сопутствующих чертежей, а изображенные на них элементы также могут быть упрощены в иллюстративных целях. Кроме того, на чертежах для ясности иллюстрации размеры элементов могут быть преувеличены или не выполнены в масштабе. Несмотря на степень упрощения на чертежах или независимо от того, были ли подробно описаны существенные признаки, все иллюстрации и описания находятся в пределах объема, в котором они могут быть достигнуты специалистом в данной области техники на основании вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем документе, и других вариантов осуществления изобретения, которые содержат относящиеся признаки, структуры и характеристики.

На фиг. 1 показана структурная схема, которая схематически изображает управляющую схему 100 для управления светодиодами в соответствии с настоящим изобретением, а на фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема управляющей схемы для управления светодиодами в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, управляющая схема 100 для управления светодиодами содержит источник 101 питания, преобразователь 102 напряжения, светодиодную ленту 103 и светорегулирующий блок 104 на основе тока. Преобразователь 102 напряжения электрически соединен с источником 101 питания и светодиодной полосой 103, причем преобразователь 102 напряжения поставляет фиксированное напряжение на светодиодную ленту 103. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 2, преобразователь 102 напряжения является DC/DC преобразователем, а также промежуточным вольтодобавочным преобразователем, и содержит конденсатор С1, переключатель SW, катушку L1 индуктивности, стабилитрон D1 и конденсатор С2. Светодиодная лента расположена на обоих выводах конденсатора С1, а преобразователь 102 напряжения принимает входное постоянное напряжения V_in для того, чтобы поставлять фиксированное прямое напряжение на оба вывода светодиодной ленты 103.

Дополнительно, как показано на фиг. 1, светорегулирующий блок 104 на основе тока электрически соединен с преобразователем 102 напряжения. Светорегулирующий блок 104 на основе тока принимает широтно-импульсный модулированный сигнал (не показан) и управляет амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту 103 аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала. Более точно, светорегулирующий блок 104 на основе тока содержит блок 1041 широтно-импульсной модуляции (ШИМ), управляющую интегральную схему (ИС) 1042, резистивно-емкостную схему 1043 и транзистор 1044. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, также показанном на фиг. 2, блок 1041 ШИМ, электрически соединенный с управляющей ИС 1042, принимает широтно-импульсный модулированный сигнал, преобразовывает его в аналоговый сигнал и отправляет этот сигнал на управляющую ИС 1042, причем амплитуда этого аналогового сигнала зависит от коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала. Блок 1041 ШИМ содержит резистор R1, конденсатор С3, резистор R2 и резистор R3, причем первый вывод резистора R1 принимает широтно-импульсный модулированный сигнал; второй вывод резистора R1 электрически соединен с первым выводом конденсатора С3 и первым выводом резистора R2; второй вывод конденсатора С3 электрически соединен с землей; второй вывод резистора R2 электрически соединен с Контактом 1 управляющей ИС 1042 и первым выводом резистора R3; и второй вывод резистора R3 электрически соединен с землей. Другими словами, сигнал напряжения, отправленный от резистора R3, является указанным аналоговым сигналом.

Управляющая ИС 1042 электрически соединена с выводом затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043, состоящую из резистора R4 и конденсатора С4. Вывод стока транзистора 1044 электрически соединен со схемой нагрузки преобразователя 102 напряжения, то есть, электрически присоединен между катушкой L1 и стабилитроном D1. Вывод истока транзистора 1044 электрически соединен с землей. Управляющая ИС 1042 на основании амплитуды аналогового сигнала отправляет сигнал от Контакта 2 и поставляет аналоговое напряжение на вывод затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043. Таким образом управляющая ИС 1042 управляет током, протекающим через транзистор 1044 для шунтирования схемы нагрузки и достижения эффекта управления величиной тока, протекающего через светодиодную ленту 103, или амплитудой указанного тока.

Как показано на фиг. 1 и 2, управляющая схема 100 для управления светодиодами в соответствии с настоящим изобретением содержит блок 105 определения тока нагрузки и блок 106 определения тока транзистора. Блок 105 определения тока нагрузки используется для определения величины тока, протекающего через светодиодную ленту 103 или амплитуды указанного тока, а блок 105 определения тока транзистора используется для определения величины тока, протекающего через транзистор 1044 или амплитуды указанного тока. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения блок 105 определения тока нагрузки является резистором R5 в схеме нагрузки, причем первый вывод резистора R5 электрически соединен с Контактом 3 управляющей ИС 1042, а второй вывод резистора R5 электрически соединен с Контактом 4 управляющей ИС 1042 и со светодиодной лентой 103. Блок 106 определения тока транзистора является резистором R6, используемым для шунтирования схемы нагрузки, причем первый вывод резистора R6 электрически соединен Контактом 5 управляющей ИС 1042 и с землей, а второй вывод резистора R6 электрически соединен с Контактом 6 управляющей ИС 1042 и с выводом источника транзистора 1044. Величины токов, протекающих через светодиодную ленту 103 и транзистор 1044, преобразуются резисторами R5 и R6 в сигналы напряжения, соответственно, и затем эти сигналы принимаются управляющей ИС 1042.

Управляющая ИС 1042 содержит усилитель AL, усилитель AS, усилитель АЕ ошибки и компаратор АС. Отрицательный вывод и положительный вывод усилителя AL электрически соединены с Контактом 3 и Контактом 4 управляющей ИС 1042 соответственно, что означает, что усилитель AL соединен параллельно с обоими выводами резистора R5. Отрицательный вывод и положительный вывод усилителя АЕ ошибки электрически соединены с выходом усилителя AL и Контактом 1 управляющей ИС 1042 соответственно. Отрицательный вывод и положительный вывод усилителя AS электрически соединены с Контактом 5 и Контактом 6 управляющей ИС 1042 соответственно, что означает, что усилитель AS соединен параллельно с обоими выводами резистора R6. Выходы усилителя AS и усилителя АЕ ошибки электрически соединены с отрицательным выводом и положительным выводом компаратора АС, соответственно. Выход компаратора АС электрически соединен с Контактом 2 управляющей ИС 1042 для того, чтобы предоставлять аналоговое напряжение на вывод затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043. Следовательно, на основании амплитуды аналогового сигнала, принятого на Контакте 1, амплитуды тока, протекающего через светодиодную ленту 103, и амплитуды тока, протекающего через транзистор 1044, управляющая ИС 1042 отправляет сигнал от Контакта 2 и поставляет аналоговое напряжение на вывод затвора транзистора 1044 через резистивно-емкостную схему 1043 таким образом, чтобы обеспечивать возможность транзистору 1044 генерировать токи, тем самым управляя величиной тока, протекающего через светодиодную ленту 103. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения управляющая ИС 1042 выдает ШИМ-сигнал, коэффициент заполнения которого соответствует амплитуде аналогового сигнала, принятого на Контакте 1.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения управляющая схема 100 для управления светодиодами дополнительно содержит DIP-переключатель S1, оба вывода которого электрически соединены с обоими выводами светодиодной ленты 103, соответственно, а один вывод электрически соединен с Контактом 4 и Контактом 7 управляющей ИС 1042. Управляющая ИС 1042 определяет статус DIP-переключателя S1 на основании электрического потенциала на Контакте 7, тем самым определяя количество светодиодов в светодиодной ленте 103. В этом варианте осуществления светодиодная лента может состоять из 6 или 8 светодиодов, и выбор DIP-переключателя S1 определяет, 6 или 8 светодиодов должны быть включены в светодиодную ленту 103 для управляющей схемы 100 для управления светодиодами.

В приведенном выше описании, а также на сопутствующих чертежах, были подробно изложены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Все признаки, раскрытые в настоящем документе, могут быть скомбинированы с использованием других способов, и каждый из этих признаков может быть теми, которые являются идентичными, эквивалентными или выполняют аналогичные цели. В этом отношении, признаки, раскрытые в настоящем документе, а исключением известных, представляют один пример среди ряда эквивалентных или аналогичных признаков.

На основании подробных описаний предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения специалисту в данной области техники будет явно понятно, что могут быть выполнены различные изменения и замены без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, которые все будут включены в объем правовой защиты сопутствующей формулы изобретения. Кроме того, настоящее изобретение не ограничивается способами в вариантах осуществления, упомянутых в настоящем документе.

Изобретение относится к области светотехники. Управляющая схема для управления светодиодами содержит преобразователь напряжения, электрически соединенный с источником питания и светодиодной лентой, причем преобразователь напряжения выполнен с возможностью подачи фиксированного напряжения на светодиодную ленту; и светорегулирующий блок на основе тока, электрически соединенный с преобразователем напряжения, причем светорегулирующий блок на основе тока выполнен с возможностью управления амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала. Технический результат- снижение мерцания светодиодов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Управляющая схема для управления светодиодами, содержащая:

преобразователь напряжения, электрически соединенный с источником питания и светодиодной лентой, причем преобразователь напряжения выполнен с возможностью подачи фиксированного напряжения на светодиодную ленту; и

светорегулирующий блок на основе тока, электрически соединенный с преобразователем напряжения, причем светорегулирующий блок на основе тока выполнен с возможностью управления амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала.

2. Управляющая схема по п. 1, в которой светорегулирующий блок на основе тока содержит блок широтно-импульсной модуляции для приема широтно-импульсного модулированного сигнала и преобразования указанного сигнала в аналоговый сигнал, амплитуда которого зависит от коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала.

3. Управляющая схема по п. 2, в которой светорегулирующий блок на основе тока содержит транзистор, первый вывод которого электрически соединен со схемой нагрузки преобразователя напряжения, а второй вывод электрически соединен с землей, причем величина напряжения на выводе затвора транзистора зависит от амплитуды указанного аналогового сигнала.

4. Управляющая схема по п. 3, дополнительно содержащая:

блок определения тока нагрузки, выполненный с возможностью определения амплитуды тока, протекающего через светодиодную ленту; и

блок определения тока транзистора, выполненный с возможностью определения амплитуды тока, протекающего через транзистор,

причем величина напряжения на выводе затвора зависит от амплитуд указанного аналогового сигнала, тока, протекающего через светодиодную ленту, и тока, протекающего через транзистор.

5. Управляющая схема по п. 4, в которой светорегулирующий блок на основе тока содержит управляющую интегральную схему, которая электрически соединена с блоком широтно-импульсной модуляции, блоком определения тока нагрузки и блоком определения тока транзистора, а светорегулирующий блок на основе тока выполнен с возможностью выдачи выходного сигнала на основании амплитуд указанного аналогового сигнала, тока, протекающего через светодиодную ленту, и тока, протекающего через транзистор, причем указанный выходной сигнал имеет коэффициент заполнения, который соответствует амплитуде указанного аналогового сигнала.

6. Управляющая схема по п. 5, в которой выходной сигнал управляющей интегральной схемы соединен с выводом затвора транзистора через резистивно-емкостную схему таким образом, что светорегулирующий блок на основе тока выполнен с возможностью управления амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом посредством управления транзистором.

7. Управляющая схема по п. 1, в которой блок широтно-импульсной модуляции содержит первый резистор, конденсатор, второй резистор и третий резистор, причем первый вывод первого резистора выполнен с возможностью приема широтно-импульсного модулированного сигнала, второй вывод первого резистора электрически соединен с первым выводом конденсатора и первым выводом второго резистора, второй вывод конденсатора соединен с землей, второй вывод второго резистора электрически соединен с управляющей интегральной схемой и с первым выводом третьего резистора, а второй вывод третьего резистора соединен с землей.

8. Способ управления светодиодами, включающий:

подачу фиксированного напряжения на светодиодную ленту; и

управление амплитудой тока, протекающего через эту светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала.

9. Способ управления светодиодами по п. 8, согласно которому управление амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала включает:

прием широтно-импульсного модулированного сигнала и преобразование указанного сигнала в аналоговый сигнал, амплитуда которого зависит от коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала.

10. Способ управления светодиодами по п. 9, согласно которому управление амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала включает:

электрическое соединение первого вывода транзистора со схемой нагрузки, относящейся к светодиодной ленте; и

электрическое соединение второго вывода транзистора с землей,

причем величина напряжения на выводе затвора транзистора зависит от амплитуды указанного аналогового сигнала.

11. Способ управления светодиодами по п. 10, согласно которому управление амплитудой тока, протекающего через светодиодную ленту, аналоговым способом на основании коэффициента заполнения широтно-импульсного модулированного сигнала включает:

определение амплитуды тока, протекающего через светодиодную ленту; и

определение амплитуды тока, протекающего через транзистор,

причем величина напряжения на выводе затвора зависит от амплитуд указанного аналогового сигнала тока, протекающего через светодиодную ленту, и тока, протекающего через транзистор.