СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ СВЕТООТДАЧИ СВЕТОДИОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H05B37/02 

Изобретение относится к светодиодным осветительным устройствам, предназначенным, преимущественно, для транспортных средств, имеющих электрические цепи постоянного напряжения.

Известен способ управления уровнем светоотдачи светодиодов, соединенных с источником постоянного напряжения при помощи устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство и электрическую цепь с резистивным делителем напряжения, соединяющую положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей», заключающийся в том, что периодически измеряют напряжение на соединенном с «землей» резисторе R1, являющемся нижним плечом вышеупомянутого резистивного делителя напряжения, и в зависимости от результатов этих измерений изменяют уровень светоотдачи светодиодов [патент №2619601, Российская Федерация, МПК Н05В 33/00, Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов и устройство для его осуществления / Бухаринов К.И. и др., опубл. 17.05.2017] - прототип.

Известный способ применяют в устройствах, в которых осуществляется скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения, за счет подключения или отключения резистора нагрузки, установленного в разрыв этой электрической цепи, при помощи переключаемого оператором выключателя. В одном положении выключателя, соответствующем режиму «большого света», положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения напрямую, а в другом положении, соответствующем режиму «малого света», - через резистор нагрузки R_H. Поэтому напряжение, замеряемое на резисторе R1 в режиме «большого света», имеет одно значение, а в режиме «малого света» - другое, меньшее значение. Задавая заранее пороговое значение U_пор замеряемого напряжения, осуществляют переключение светодиодов в режим «малого света» при снижении напряжения на резисторе R1 ниже этого порога и переключение в режим «большого света» - при превышении замеряемым напряжением этого порога.

Недостатком известного способа является то, что значение напряжения, замеряемого на резисторе R1, зависит не только от того, подключен или отключен резистор нагрузки R_н, но и от значения входного напряжения U_вх. Вследствие этого, может происходить ошибочное переключение светодиодов из режима «большого света» в режим «малого света» в случае снижения входного напряжения ниже определенного значения U_вxmin, при котором напряжение на резисторе R1 окажется ниже порогового значения U_пор (см. фиг. 1). С другой стороны, при нахождении в режиме «малого света» и скачке входного напряжения выше некоторого значения U_вxmax, напряжение на резисторе R1 окажется выше порогового значения U_пор и произойдет ошибочное переключение из режима «малого света» в режим «большого света». Поэтому известный способ нежелательно использовать в осветительных устройствах, в цепях питания которых возможны значительные колебания напряжения. Это сужает область применения известного способа.

В известном способе уровнем светоотдачи светодиодов управляют путем изменения скважности импульсов тока, подаваемого на светодиоды. В режиме «малого света» ток на светодиоды подают импульсами с заранее заданной скважностью. При низком уровне «малого света» длительность одного импульса может составлять половину и даже менее половины периода тактирования. Поэтому при низкой частоте импульсов может проявляться эффект мерцания света, вредный для человеческого глаза. Вследствие этого, известный способ нежелательно использовать в осветительных устройствах, предназначенных для освещения помещений. Это также сужает область применения известного способа.

В известном способе требуемый уровень светоотдачи светодиодов задают путем подключения или отключения резистора нагрузки R_н, установленного в разрыв электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения. Поэтому известным способом можно реализовать только два уровня светоотдачи светодиодов: «большой свет» и «малый свет». Этот способ не позволяет реализовать другие значения светоотдачи светодиодов, что снижает потребительские свойства способа.

Кроме того, этот способ не может быть использован в устройствах, в которых осуществляется плавное изменение уровня светоотдачи светодиодов за счет плавного изменения сопротивления резистора нагрузки R_н, установленного в разрыв электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения. При использовании известного способа в подобных осветительных устройствах невозможно обеспечить точное соответствие уровня светоотдачи светодиодов значению сопротивления резистора нагрузки R_н, поскольку изменение напряжения на резисторе R1 будет происходить и при неизменном значении сопротивления резистора нагрузки R_н в случае изменения входного напряжения. Поэтому известный способ нежелательно использовать в таких осветительных устройствах. Это сужает область применения известного способа.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ управления уровнем светоотдачи светодиодов, - повышение потребительских свойств и расширение области применения способа.

Для решения этой задачи в способе управления уровнем светоотдачи светодиодов, соединенных с источником постоянного напряжения при помощи устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство и электрическую цепь с резистивным делителем напряжения, соединяющую положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей», заключающемся в том, что периодически измеряют напряжение на соединенном с «землей» резисторе R1, являющемся нижним плечом вышеупомянутого резистивного делителя напряжения, и в зависимости от результатов этих измерений изменяют уровень светоотдачи светодиодов, согласно изобретения, устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов снабжено второй электрической цепью, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей» и содержащей резистор R3, а напряжение на резисторе R1 замеряют при двух различных вариантах подачи тока, а именно: при первом варианте ток подают по вышеупомянутой первой электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, а по второй электрической цепи ток не подают, при втором варианте ток подают как по первой, так и по второй электрическим цепям, при этом сравнивают между собой значения напряжений, замеренные на резисторе R1, соответственно, при первом и втором вариантах подачи тока, и в зависимости от результатов этого сравнения изменяют уровень светоотдачи светодиодов путем изменения величины тока, подаваемого на светодиоды.

При этом первый и второй варианты подачи тока осуществляют поочередно, чередуя их один за другим, а значения напряжений на резисторе R1 сравнивают между собой путем вычисления разности ΔU_n между соседними значениями напряжения на резисторе R1, замеренными, соответственно, при первом () и втором () вариантах подачи тока:

При реализации способа в устройствах, в которых осуществляется скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения, ток на светодиоды подают, руководствуясь следующим правилом: если разность напряжений ΔU_n меньше заранее заданного порогового значения ΔU_пор, на светодиоды подают номинальный ток, а если разность напряжений ΔU_n больше порогового значения ΔU_пор, на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на заранее заданную величину.

А при реализации способа в устройствах, в которых осуществляется плавное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения, ток на светодиоды подают, руководствуясь следующим правилом: если разность напряжений ΔU_n равна нулю, на светодиоды подают номинальный ток, а если разность напряжений ΔU_n не равна нулю, на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на величину, пропорциональную разности напряжений ΔU_n.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении независимости способа от скачков входного напряжения, исключение эффекта мерцания света в режиме «малого света» и обеспечение возможности плавного изменения уровня светоотдачи светодиодов.

Известно устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащее положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока, блок управления и электронный ключ с управляющим входом, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала, а также блок генерирования периодических импульсов напряжения и имеет управляющий вход и два управляющих выхода, при этом управляющий вход блока управления с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем, а с другого конца подсоединен к вышеупомянутой электрической цепи между резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения, первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, второй управляющий выход блока управления с одного конца соединен с блоком генерирования периодических импульсов напряжения, а с другого конца - с управляющим входом вышеупомянутого электронного ключа, а анодный и катодный концы цепи светодиодов соединены, соответственно, с положительным и отрицательным токоподающими выходами импульсного стабилизатора тока [патент №2619601, Российская Федерация, МПК Н05В 33/00, Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов и устройство для его осуществления / Бухаринов К.И. и др., опубл. 17.05.2017] - прототип.

В известном устройстве электронный ключ соединен последовательно с резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения и входящими в состав электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей». Вследствие такой схемы подключения блок управления может замерять напряжение на резисторе R1, являющемся нижним плечом резистивного делителя напряжения, только тогда, когда электронный ключ открыт.Замеряемое в этот момент блоком управления напряжение прямо пропорционально напряжению на положительном входе подачи напряжения питания на устройство. В режиме «большого света», когда положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения напрямую, напряжение, замеряемое блоком управления на резисторе R1, будет иметь одно, большее значение, а в режиме «малого света», когда положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения через резистор нагрузки R_н, - другое, меньшее значение. Задав заранее пороговое значение U_пор замеряемого напряжения, осуществляют переключение светодиодов в режим «малого света» при снижении напряжения на резисторе R1 ниже этого порога и переключение в режим «большого света» - при превышении замеряемым напряжением этого порога.

Недостатком известного устройства является то, что значение напряжения, замеряемого блоком управления на резисторе R1, зависит не только от того, соединен ли положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения напрямую или через резистор нагрузки R_н, но и от величины входного напряжения на источнике постоянного напряжения (см. фиг. 1). Так, например, при нахождении светодиодов в режиме «большого света» и падении входного напряжения ниже определенного значения U_вxmin, напряжение на резисторе R1, замеренное блоком управления, окажется ниже заранее заданного порогового значения U_пор. Вследствие этого, произойдет ошибочное переключение с «большого света» на «малый». И, наоборот, при нахождении в режиме «малого света» и скачке входного напряжения выше некоторого значения U_вхmax, напряжение на резисторе R1 окажется выше порогового значения U_пор и произойдет ошибочное переключение с «малого света» на «большой». Поэтому известное устройство нежелательно использовать в таких условиях, где возможны значительные колебания входного напряжения. Это сужает область применения известного устройства.

Еще одним недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет определить, по какой причине происходит плавное изменение напряжения, замеряемого на резисторе R1: то ли вследствие изменения сопротивления резистора нагрузки R_н, то ли вследствие изменения входного напряжения. Поэтому известное устройство не может быть использовано в осветительных устройствах, в которых осуществляется плавное изменение уровня светоотдачи светодиодов за счет плавного изменения сопротивления резистора нагрузки Rн, установленного в разрыв электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения. Это также сужает область применения известного устройства.

В известном устройстве уровень светоотдачи светодиодов определяется величиной напряжения на управляющем входе импульсного стабилизатора тока. Недостатком известного устройства является то, что напряжение на управляющем входе импульсного стабилизатора тока задается величиной напряжения на первом управляющем выходе блока управления. В режиме «большого света» блок управления подает на свой первый управляющий выход непрерывный сигнал. В режиме «малого света» блок управления подает на свой первый управляющий выход управляющий сигнал импульсами с заранее заданной скважностью. Скважность импульсов устанавливается такой, чтобы отношение среднего значения напряжения импульсного сигнала к напряжению непрерывного сигнала равнялось отношению светоотдачи светодиодов в режиме «малого света» к их светоотдаче в режиме «большого света». Вследствие того, что первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, напряжение на управляющем входе импульсного стабилизатора тока в режиме «большого света» будет равно: Uув=Uнс⋅Rнп/(Rнп+Rвп), где Uнс - напряжение непрерывного сигнала на первом управляющем выходе блока управления, Rнп и Rвп - сопротивления, соответственно, нижнего и верхнего плеч резистивного делителя напряжения.

Для того, чтобы импульсный стабилизатор тока выдавал на светодиоды номинальный ток, напряжение Uув на управляющем входе импульсного стабилизатора тока должно быть равно номинальному напряжению Uном. При работающем блоке управления это напряжение поддерживается за счет тока, подаваемого с первого управляющего выхода блока управления на управляющий вход импульсного стабилизатора тока. Однако в случае выхода блока управления из строя подача тока с первого управляющего выхода блока управления на управляющий вход импульсного стабилизатора тока прекратится. В этом случае напряжение на управляющем входе импульсного стабилизатора тока будет поддерживаться только за счет внутреннего источника опорного напряжения импульсного стабилизатора тока. При этом нижнее плечо Rнп резистивного делителя напряжения и внутреннее сопротивление между управляющим входом импульсного стабилизатора тока и источником опорного напряжения также образуют резистивный делитель напряжения. Поэтому напряжение на управляющем входе импульсного стабилизатора тока будет равно: Uув=Uион⋅Rнп/(Rнп+Rион), где Uион - значение опорного напряжения, Rион - внутреннее сопротивление между управляющим входом импульсного стабилизатора тока и источником опорного напряжения. Поскольку значение опорного напряжения Uном равно значению номинального напряжения Uном, то при значениях сопротивления Rнп, сопоставимых со значениями сопротивления Rион, значения напряжения Uув на управляющем входе импульсного стабилизатора тока будут в два раза меньше номинального напряжения Uном. Соответственно, и значения тока, выдаваемого импульсным стабилизатором на светодиоды, будет в два раза меньше номинального. Таким образом, в случае выхода блока управления из строя светоотдача светодиодов будет в два раза ниже номинальной. Это снижает потребительские свойства устройства.

Недостатком известного устройства является также то, что первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения. Этот резистивный делитель напряжения позволяет уменьшить амплитуду импульсов тока, подаваемого с первого управляющего выхода блока управления на управляющий вход импульсного стабилизатора тока в режиме «малого света», ко не позволяет сглаживать эти импульсы. В режиме «малого света» ток на светодиоды подают импульсами с высокой скважностью, поэтому при низкой частоте импульсов может проявляться эффект мерцания света, вредный для человеческого глаза. Вследствие этого, известное устройство нежелательно использовать в осветительных устройствах, предназначенных для освещения помещений. Это сужает область применения известного устройства.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение -расширение области применения устройства и повышение его потребительских свойств.

Для решения этой задачи в устройстве управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащем положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока, блок управления и электронный ключ с управляющим входом, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала, а также блок генерирования периодических импульсов напряжения и имеет управляющий вход и два управляющих выхода, при этом управляющий вход блока управления с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем, а с другого конца подсоединен к вышеупомянутой электрической цепи между резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения, первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, второй управляющий выход блока управления с одного конца соединен с блоком генерирования периодических импульсов напряжения, а с другого конца - с управляющим входом вышеупомянутого электронного ключа, а анодный и катодный концы цепи светодиодов соединены, соответственно, с положительным и отрицательным токоподающими выходами импульсного стабилизатора тока, согласно изобретения, устройство снабжено второй электрической цепью, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей» и содержащей последовательно соединенные резистор R3 и вышеупомянутый электронный ключ.

Кроме того, импульсный стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения, положительный вывод которого соединен с управляющим входом стабилизатора, первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей сглаживающий фильтр, а блок управления содержит ключ и привод управления этим ключом, при этом ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей первый управляющий выход блока управления с «землей», а привод управления ключом соединен с блоком обработки и анализа цифрового сигнала.

Сглаживающий фильтр может быть выполнен, например, в виде активно-емкостного фильтра, содержащего резистор R4 и конденсатор С1.

Блок управления может иметь различное конструктивное исполнение. По одному из возможных вариантов его исполнения блок управления содержит микроконтроллер, в который встроены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки и анализа цифрового сигнала, блок генерирования периодических импульсов напряжения, ключ и привод управления ключом блока управления. При этом микроконтроллер имеет два вывода общего назначения и вывод АЦП, причем вывод АЦП соединен с управляющим входом блока управления, первый и второй выводы общего назначения микроконтроллера соединены, соответственно, с первым и вторым управляющими выходами блока управления, ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей первый вывод общего назначения микроконтроллера с «землей», а блок генерирования периодических импульсов напряжения соединен с вторым выводом общего назначения микроконтроллера.

Импульсный стабилизатор тока также может иметь различное конструктивное исполнение. По одному из возможных вариантов исполнения устройства импульсный стабилизатор тока содержит микросхему типа ZXLD1362 со встроенным источником опорного напряжения, дроссель L1, диод Шоттки VD2, резистор R5 и конденсатор С2.

Для сглаживания колебаний напряжения в цепи питания светодиодов устройство дополнительно снабжено конденсатором С3, соединенным с анодным и катодным концами цепи светодиодов.

Электронный ключ может быть выполнен в виде N-канального полевого транзистора, в виде биполярного транзистора n-p-n типа, в виде биполярного транзистора p-n-р типа, а также в виде оптрона.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в сглаживании импульсов тока, подаваемого на светодиоды и обеспечение свечения светодиодов с яркостью, соответствующей режиму «большого света», в случае выхода блока управления из строя.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен график, поясняющий принцип работы устройства по патенту РФ №2619601. На фиг. 2 изображен график, показывающий изменение напряжения на управляющем входе импульсного стабилизатора тока в режиме «малого света»; на фиг. 3, 4, 5, 6, 7 изображены электрические схемы устройств управления уровнем светоотдачи светодиодов, в которых осуществляется скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения, за счет подключения или отключения резистора нагрузки, а электронный ключ выполнен: на фиг. 3, 4 - в виде N-канального полевого транзистора, на фиг. 5 - в виде биполярного транзистора n-p-n типа, на фиг. 6 - в виде биполярного транзистора p-n-р типа; на фиг. 7 - в виде оптрона, при этом на фиг. 3 блок управления показан в общем случае, а на фиг. 4, 5, 6, 7 - в конкретном случае, когда блок управления содержит микроконтроллер. На фиг. 8 изображена электрическая схема устройства, в котором осуществляется плавное изменение сопротивления резистора нагрузки, электронный ключ выполнен в виде N-канального полевого транзистора, а блок управления содержит микроконтроллер.

Устройство 1 управления уровнем светоотдачи светодиодов содержит положительный 2 и отрицательный 3 входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды 4, последовательно соединенные в цепь с анодным 5 и катодным 6 концами, импульсный стабилизатор тока 7, блок управления 8 и электронный ключ с управляющим входом.

Положительный 2 и отрицательный 3 входы подачи напряжения питания на устройство 1 через диодный мост 9 соединены с полюсами 10, 11 источника постоянного напряжения 12.

Отрицательный вход 3 подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей». Положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» двумя электрическими цепями 13, 14. Первая электрическая цепь 13 содержит последовательно соединенные резисторы 15 (R1) и 16 (R2), образующие резистивный делитель напряжения и являющиеся, соответственно, его нижним и верхним плечами. Вторая электрическая цепь 14 содержит последовательно соединенные резистор 17 (R3) и электронный ключ.

Блок управления 8 имеет управляющий вход 18 и два управляющих выхода 19, 20, а также положительный 21 и отрицательный 22 входы подачи напряжения питания на блок управления. В общем случае блок управления 8 содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 23, блок 24 обработки и анализа полученного цифрового сигнала и привод 25 управления ключом 26, а также блок 27 генерирования периодических импульсов напряжения (см. фиг. 3).

Управляющий вход 18 блока управления 8 с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем 23 а с другого конца подсоединен к электрической цепи 13 между резисторами 15 (R1) и 16 (R2), образующими резистивный делитель напряжения. Второй управляющий выход 20 блока управления 8 с одного конца соединен с блоком 27 генерирования периодических импульсов напряжения, а с другого конца - с управляющим входом электронного ключа. Ключ 26 установлен в разрыв электрической цепи 28, соединяющей первый управляющий выход 19 блока управления с «землей». Положительный вход 21 подачи напряжения питания на блок управления 8 через блок питания 29 и диод Шоттки 30 (VD1) соединен с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство 1. Отрицательный вход 22 подачи напряжения питания на блок управления 8 соединен с «землей».

Импульсный стабилизатор тока 7 имеет управляющий вход 31, положительный 32 и отрицательный 33 входы подачи напряжения питания на стабилизатор, а также положительный 34 и отрицательный 35 токоподающие выходы. Положительный вход 32 подачи напряжения питания на импульсный стабилизатор тока через диод Шоттки 30 (VD1) соединен с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство 1. Отрицательный вход 33 подачи напряжения питания на стабилизатор соединен с «землей». К положительному 34 и отрицательному 35 токоподающим выходам импульсного стабилизатора тока 7 подсоединены, соответственно, анодный 5 и катодный 6 концы цепи светодиодов 4.

Первый управляющий выход 19 блока управления 8 посредством электрической цепи 36, содержащей сглаживающий фильтр, соединен с управляющим входом 31 импульсного стабилизатора тока 7.

Сглаживающий фильтр может быть выполнен, например, в виде активно-емкостного (RC) фильтра, содержащего резистор 37 (R4) и конденсатор 38 (С1).

В частном варианте исполнения блок управления 8 может содержать микроконтроллер 39, в который встроены аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, блок 24 обработки и анализа цифрового сигнала, привод 25 управления ключом 26 и блок 27 генерирования периодических импульсов напряжения блока управления (см. фиг. 4). Микроконтроллер 39 имеет два вывода общего назначения 40 (GP1), 41 (GP2) и вывод 42 (GP0) АЦП. Вывод 42 (GP0) с одного конца соединен с АЦП 23, а с другого конца соединен с управляющим входом 18 блока управления 8. Первый 40 (GP1) и второй 41 (GP2) выводы общего назначения микроконтроллера соединены, соответственно, с первым 19 и вторым 20 управляющими выходами блока управления 8. Ключ 26 установлен в разрыв электрической цепи 43, соединяющей первый вывод общего назначения 40 (GP1) с «землей». Блок 27 генерирования периодических импульсов напряжения соединен со вторым выводом общего назначения 41 (GP2).

Положительный вход 44 (Vdd) и отрицательный вход 45 (Vss) подачи напряжения питания на микроконтроллер 39 соединены, соответственно, с положительным входом 21 и отрицательным входом 22 подачи напряжения питания на блок управления 8.

Импульсный стабилизатор тока 7 может иметь различное конструктивное исполнение. В одном из возможных вариантов исполнения импульсный стабилизатор тока 7 содержит микросхему 46 типа ZXLD1362 со встроенным источником опорного напряжения 47, дроссель 48 (L1), диод Шоттки 49 (VD2), резистор 50 (R5), конденсатор 51 (С2).

Положительный вывод 52 источника опорного напряжения 47 соединен с выводом 53 (ADJ) микросхемы, который, в свою очередь, соединен с управляющим входом 31 импульсного стабилизатора тока 7. Вывод 54 (Vin) микросхемы 51 соединен с положительным входом 32 подачи напряжения питания на импульсный стабилизатор тока 7 и через конденсатор 51 (С2) - с «землей». Вывод 55 (GND) микросхемы соединен с отрицательным входом 33 подачи напряжения питания на импульсный стабилизатор тока 7. Вывод 56 (Isense) микросхемы соединен с положительным токоподающим выходом 34 импульсного стабилизатора тока, и через резистор 50 (R5) соединен с выводом 54 (Vin) микросхемы. Вывод 57 (LX) микросхемы соединен с отрицательным токоподающим выходом 35 импульсного стабилизатора тока через дроссель 48 (L1). Анод диода Шоттки 49 (VD2) соединен с выводом 57 (LX) микросхемы, а катод диода Шоттки 49 (VD2) соединен с выводом 54 (Vin) микросхемы.

Электронный ключ может иметь различное конструктивное исполнение. Он может быть выполнен, например, в виде N-канального полевого транзистора 58 (см. фиг. 3, 4, 8), в виде биполярного транзистора 59 n-p-n типа (см. фиг. 5), в виде биполярного транзистора 60 p-n-р типа (см. фиг. 6), в виде оптрона 61 (см. фиг. 7) и т.п.

В том случае, когда электронный ключ выполнен в виде N-канального полевого транзистора 58, его управляющим входом является затвор 62. Сток 63 транзистора через резистор 17 (R3) соединен с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство. Исток 64 транзистора соединен с «землей» и - через дополнительный резистор 65 (R6) - с затвором 62 (см. фиг. 3, 4, 8).

В том случае, когда электронный ключ выполнен в виде биполярного транзистора 59 n-p-n типа, управляющим входом которого является база 66, с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство через резистор 17 (R3) соединен его коллектор 67, а эмиттер 68 соединен с «землей» (см. фиг. 5).

В том случае, когда электронный ключ выполнен в виде биполярного транзистора 60 p-n-р типа, управляющим входом которого является база 69, с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство через резистор 17 (R3) соединен его эмиттер 70, а коллектор 71 соединен с «землей» (см. фиг. 6).

В том случае, когда электронный ключ выполнен в виде оптрона 61, управляющим входом которого является вход излучателя 72, с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство через резистор 17 (R3) соединен вход 73 фотоприемника, а выход 74 фотоприемника соединен с «землей» (см. фиг. 7).

В том случае, когда электронный ключ выполнен в виде биполярного транзистора 59 n-p-n типа или в виде биполярного транзистора 60 p-n-р типа или в виде оптрона 61, второй управляющий выход 20 блока управления 8 соединен с управляющим входом электронного ключа через резистор 75 (R7).

Устройство снабжено конденсатором 76 (С3), соединенным с анодным 5 и катодным 6 концами цепи светодиодов 4.

Блок 29 питания блока управления 8 содержит резистор 77 (R7), диод 78 (VD3) и конденсатор 79 (С4).

Кроме того, устройство снабжено диодом 80 (VD4).

Один из входов (81) диодного моста 9 соединен с полюсом 11 источника постоянного напряжения 12 напрямую. Подключение другого входа (82) диодного моста 9 к полюсу 10 источника постоянного напряжения 12 зависит от того, каким способом осуществляется управление уровнем светоотдачи светодиодов.

В осветительных устройствах, в которых осуществляется скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом 10 источника постоянного напряжения, за счет подключения или отключения резистора нагрузки, вход 82 диодного моста 9 соединен с полюсом 10 источника постоянного напряжения 12 электрической цепью, содержащей выключатель 83. В одном положении выключателя 83 вход 82 диодного моста 9 соединен с полюсом 10 напрямую. Это положение выключателя 83 соответствует режиму «большого света». В другом положении выключателя 83 вход 82 диодного моста 9 соединен с полюсом 10 через резистор нагрузки 84 (R_н). Это положение выключателя 83 соответствует режиму «малого света».

В осветительных устройствах, в которых осуществляется плавное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом 10 источника постоянного напряжения, вход 82 диодного моста 9 соединен с полюсом 10 источника постоянного напряжения 12 электрической цепью, содержащей резистор нагрузки 85 с плавно изменяемым сопротивлением (см. фиг. 8).

Уровнем светоотдачи светодиодов управляют следующим образом.

В существующих осветительных устройствах, использующих лампы накаливания постоянного тока, в частности в фарах автомобилей, для реализации режима «большого света» (для автомобилей - режима «ближнего света») водитель транспортного средства устанавливает выключатель 82 в такое положение, в котором напряжение на положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 подается напрямую от положительного полюса 10 источника постоянного напряжения 12. В этом случае лампы накаливания светят с максимальной яркостью. Для реализации режима «малого света» (для автомобилей - режима «дневных ходовых огней») выключатель 82 устанавливают в такое положение, в котором напряжение на положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 подается через резистор нагрузки 84 (R_н). В этом случае лампы накаливания светят с пониженной яркостью. Для плавного изменения яркости ламп плавно изменяют сопротивление резистора нагрузки 85.

Для того, чтобы управлять уровнем светоотдачи светодиодов светодиодной лампы, устанавливаемой в осветительное устройство, в частности - в фару автомобиля, вместо лампы накаливания, необходимо знать значение напряжения на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство 1. Для этого замеряют напряжение на резисторе 15 (R1), являющимся нижним плечом резистивного делителя напряжения.

Замеры напряжения на резисторе 15 (R1) производят при помощи переведенного в режим аналогового входа аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 23. Несколько раз в секунду блок 27 генерирования периодических импульсов напряжения, подавая управляющее напряжение с управляющего выхода 20 на управляющий вход электронного ключа, поочередно, то открывает, то закрывает электронный ключ. При закрытом электронном ключе ток течет по первой электрической цепи 13, а по второй электрической цепи 14 ток не течет (первый вариант подачи тока). При открытом электронном ключе ток течет как по первой 13, так и по второй 14 электрическим цепям (второй вариант подачи тока). Напряжение на резисторе 15 (R1) замеряют при обоих вариантах подачи тока.

При этом постоянно сравнивают между собой значения напряжений, замеренные на резисторе 15 (R1), соответственно, при первом и втором вариантах подачи тока. Сравнение значений напряжений осуществляют путем вычисления разности ΔU_n между соседними значениями напряжения на резисторе 15 (R1):

где и - значения напряжений на резисторе 15 (R1), замеренные, соответственно, при первом и втором вариантах подачи тока.

При реализации способа в устройствах, в которых осуществляется скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 с положительным полюсом 10 источника постоянного напряжения 12, за счет подключения и отключения резистора нагрузки 84 (R_н), полученную разность напряжений ΔU_n сравнивают с заранее заданным пороговым значением ΔU_пор. Если разность ΔU_n окажется меньше порогового значения ΔU_пор, то это означает, что включен режим «большого света». В этом случае привод 25 размыкает ключ, отключая тем самым первый управляющий выход 19 (в частном случае - переводя первый вывод общего назначения 40 (GP1) в высокоимпедансное состояние). При этом источником напряжения на управляющем входе 31 импульсного стабилизатора тока 7 и, соответственно, на выводе 53 (ADJ) микросхемы 46 становится источник опорного напряжения 47 импульсного стабилизатора тока. За счет напряжения Uион источника опорного напряжения 47 на выводе 53 (ADJ) микросхемы 46 установится номинальное напряжение Uном, при котором на светодиоды 4 подается номинальный ток. В этом случае светоотдача светодиодов 4 соответствует режиму «большого света».

Если разность ΔU_n окажется больше ΔU_пор, то это означает, что включен режим «малого света». В этом случае привод периодически то размыкает, то замыкает ключ 26. Когда ключ 26 разомкнут, напряжение источника опорного напряжения 47 заряжает конденсатор 38 (С1) и напряжение на выводе 53 (ADJ) микросхемы 46 увеличивается (отрезок а-b на фиг. 2). Когда ключ 26 замкнут, конденсатор 38 (С1) через резистор 37 (R4) разряжается на «землю» и напряжение на выводе 53 (ADJ) снижается (отрезок b-с на фиг. 2). Среднее значение напряжения Ucp на выводе 53 (ADJ) будет меньше номинального напряжения Uном. Периодичность размыкания и замыкания ключа 26 устанавливают такой, чтобы отношение среднего значения напряжения Ucp к номинальному значению напряжения Uном равнялось отношению светоотдачи светодиодов в режиме «малого света» к их светоотдаче в режиме «большого света». В результате, с токоподающих выходов 30, 31 импульсного стабилизатора тока 7 на светодиоды 4 подается ток, среднее значение которого меньше номинального на заранее заданную величину, и светодиоды светят с яркостью, соответствующей режиму «малого света».

Поскольку с пороговым значением ΔU_пор сравнивают не абсолютное значение напряжения, а разность напряжений ΔU_n, скачки входного напряжения U_вх не вносят погрешности при определении того, включен или отключен резистор нагрузки 84 (R_н), и, соответственно, не оказывают влияния на переключение светодиодов в режимы «большого» или «малого» света.

При реализации способа в устройствах, в которых осуществляется плавное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 с положительным полюсом 10 источника постоянного напряжения 12, за счет плавного изменения сопротивления резистора нагрузки 85, ток на светодиоды подают, руководствуясь следующим правилом. Если разность напряжений ΔU_n равна нулю, привод 25 размыкает ключ 26, отключая первый управляющий выход 19 (переводя первый вывод общего назначения 40 (GP1) в высокоимпедансное состояние). За счет напряжения Uион источника опорного напряжения 47 на выводе 53 (ADJ) микросхемы 46 установится номинальное напряжение Uном, при котором на светодиоды 4 подается номинальный ток.

А если разность напряжений ΔU_n не равна нулю, на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на величину, пропорциональную разности напряжений ΔU_n. Одним из способов реализации последнего варианта может быть, например, увеличение длительности замыкания ключа 26 и, соответственно, отключения первого управляющего выхода 19 (перевода первого вывода общего назначения 40 (GP1) в высокоимпедансное состояние) пропорционально разности ΔU_n во время каждого периода тактирования. За счет этого уменьшают значение среднего напряжения Ucp на выводе 53 (ADJ) микросхемы 46 относительно номинального значения Uном пропорционально ΔU_n. В результате, на светодиоды 4 подают ток, величина которого меньше номинального тока на величину, пропорциональную разности напряжений ΔU_n.

Поскольку уровень светоотдачи светодиодов зависит не от абсолютного значения напряжения на резисторе 15 (R1), а от разности напряжений ΔU_n, изменения входного напряжения U_вх не вносят погрешности при определении того, насколько изменилось сопротивление резистора нагрузки 85, и, соответственно, в изменение уровня светоотдачи светодиодов.

Диодный мост 9 позволяет подключать устройство 1 управления уровнем светоотдачи светодиодов к источнику постоянного напряжения 12, не обращая внимания на полярность полюсов 10, 11 источника постоянного напряжения.

Конденсатор 76 (С3) сглаживает колебания напряжения в цепи питания светодиодов 4. Конденсатор 51 (С2) сглаживает колебания напряжения в цепи питания импульсного стабилизатора тока 7.

Блок питания 29 снижает напряжение, поступающее с положительного входа 2 подачи напряжения питания на устройство на положительный вход 21 подачи напряжения питания на блок управления 8, до требуемого значения и сглаживает его колебания.

Диод 80 препятствует подаче в электрическую схему устройства напряжения, превышающего максимально допустимые значения.

Изобретение относится к светодиодным осветительным устройствам, преимущественно к фарам автомобилей. Технический результатом является обеспечение независимости от скачков входного напряжения, исключение эффекта мерцания света в режиме «малого света» и обеспечение возможности плавного изменения уровня светоотдачи светодиодов. Результат достигается посредством устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, импульсный стабилизатор тока, блок управления и электронный ключ с управляющим входом. Положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» двумя электрическими цепями, первая из которых содержит резистивный делитель напряжения, а вторая - резистор и электронный ключ. Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов заключается в том, что напряжение на резисторе R1, являющемся нижним плечом резистивного делителя напряжения, замеряют при двух различных вариантах подачи тока, а именно: при первом варианте ток подают по первой электрической цепи, а по второй электрической цепи ток не подают, при втором варианте ток подают как по первой, так и по второй электрическим цепям. При этом сравнивают между собой значения напряжений, замеренные на резисторе R1 соответственно при первом и втором вариантах подачи тока, и в зависимости от результатов этого сравнения изменяют уровень светоотдачи светодиодов путем изменения величины тока, подаваемого на светодиоды. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов, соединенных с источником постоянного напряжения при помощи устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство и электрическую цепь с резистивным делителем напряжения, соединяющую положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей», заключающийся в том, что периодически измеряют напряжение на соединенном с «землей» резисторе R1, являющемся нижним плечом вышеупомянутого резистивного делителя напряжения, и в зависимости от результатов этих измерений изменяют уровень светоотдачи светодиодов, отличающийся тем, что устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов снабжено второй электрической цепью, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей» и содержащей резистор R3, а напряжение на резисторе R1 замеряют при двух различных вариантах подачи тока, а именно: при первом варианте ток подают по вышеупомянутой первой электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, а по второй электрической цепи ток не подают, при втором варианте ток подают как по первой, так и по второй электрическим цепям, при этом сравнивают между собой значения напряжений, замеренные на резисторе R1 соответственно при первом и втором вариантах подачи тока, и в зависимости от результатов этого сравнения изменяют уровень светоотдачи светодиодов путем изменения величины тока, подаваемого на светодиоды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй варианты подачи тока осуществляют поочередно, чередуя их один за другим, а значения напряжений на резисторе R1 сравнивают между собой путем вычисления разности ΔU_n между соседними значениями напряжения на резисторе R1, замеренными соответственно при первом и втором вариантах подачи тока:

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при реализации способа в устройствах, в которых осуществляется скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения, ток на светодиоды подают, руководствуясь следующим правилом: если разность напряжений ΔU_n меньше заранее заданного порогового значения ΔU_пор, на светодиоды подают номинальный ток, а если разность напряжений ΔU_n больше порогового значения ΔU_пор, на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на заранее заданную величину.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при реализации способа в устройствах, в которых осуществляется плавное изменение сопротивления электрической цепи, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с положительным полюсом источника постоянного напряжения, ток на светодиоды подают, руководствуясь следующим правилом: если разность напряжений ΔU_n равна нулю, на светодиоды подают номинальный ток, а если разность напряжений ΔU_n не равна нулю, на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на величину, пропорциональную разности напряжений ΔU_n.

5. Устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащее положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока, блок управления и электронный ключ с управляющим входом, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала, а также блок генерирования периодических импульсов напряжения и имеет управляющий вход и два управляющих выхода, при этом управляющий вход блока управления с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем, а с другого конца подсоединен к вышеупомянутой электрической цепи между резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения, первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, второй управляющий выход блока управления с одного конца соединен с блоком генерирования периодических импульсов напряжения, а с другого конца - с управляющим входом вышеупомянутого электронного ключа, а анодный и катодный концы цепи светодиодов соединены соответственно с положительным и отрицательным токоподающими выходами импульсного стабилизатора тока, отличающееся тем, что устройство снабжено второй электрической цепью, соединяющей положительный вход подачи напряжения питания на устройство с «землей» и содержащей последовательно соединенные резистор R3 и вышеупомянутый электронный ключ.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что импульсный стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения, положительный вывод которого соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей сглаживающий фильтр, а блок управления содержит ключ и привод управления этим ключом, при этом ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей первый управляющий выход блока управления с «землей», а привод управления ключом соединен с блоком обработки и анализа цифрового сигнала.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде активно-емкостного фильтра, содержащего резистор R4 и конденсатор С1.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что блок управления содержит микроконтроллер, в который встроены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки и анализа цифрового сигнала, блок генерирования периодических импульсов напряжения, ключ и привод управления ключом блока управления, при этом микроконтроллер имеет два вывода общего назначения и вывод АЦП, причем вывод АЦП с одного конца соединен с АЦП, а с другого конца соединен с управляющим входом блока управления, первый и второй выводы общего назначения микроконтроллера соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока управления, ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей первый вывод общего назначения микроконтроллера с «землей», а блок генерирования периодических импульсов напряжения соединен со вторым выводом общего назначения микроконтроллера.

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что импульсный стабилизатор тока содержит микросхему типа ZXLD1362 со встроенным источником опорного напряжения, дроссель L1, диод Шоттки VD2, резистор R5 и конденсатор С2, при этом вывод ADJ микросхемы соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, вывод Isense микросхемы соединен с положительным токоподающим выходом импульсного стабилизатора тока и через резистор R5 соединен с выводом Vin микросхемы, вывод LX микросхемы через дроссель L1 соединен с отрицательным токоподающим выходом импульсного стабилизатора тока, анод диода Шоттки VD2 соединен с выводом LX микросхемы, а катод диода Шоттки VD2 соединен с выводом Vin микросхемы, вывод GND микросхемы соединен с «землей», положительный вывод источника опорного напряжения соединен с выводом ADJ микросхемы.

10. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено конденсатором С3, соединенным с анодным и катодным концами цепи светодиодов.

11. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электронный ключ выполнен в виде N-канального полевого транзистора, управляющим входом которого является затвор, при этом с положительным входом подачи напряжения питания на устройство через резистор R3 соединен сток N-канального полевого транзистора, а исток указанного транзистора соединен с «землей» и через дополнительный резистор R6 - с затвором этого транзистора.

12. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электронный ключ выполнен в виде биполярного транзистора n-p-n типа, управляющим входом которого является база, при этом с положительным входом подачи напряжения питания на устройство через резистор R3 соединен коллектор биполярного транзистора, а эмиттер указанного транзистора соединен с «землей».

13. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электронный ключ выполнен в виде биполярного транзистора p-n-р типа, управляющим входом которого является база, при этом с положительным входом подачи напряжения питания на устройство через резистор R3 соединен эмиттер биполярного транзистора, а коллектор указанного транзистора соединен с «землей».

14. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электронный ключ выполнен в виде оптрона, управляющим входом которого является вход излучателя, при этом с положительным входом подачи напряжения питания на устройство через резистор R3 соединен вход фотоприемника, а выход фотоприемника соединен с «землей».