СХЕМА ВОЗБУДИТЕЛЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ, ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к схемам возбудителей светоизлучающих диодов (СИДов) и способам возбуждения. В частности, оно представляет интерес в контексте трубчатых светодиодных ламп, а также обладает более широкой применимостью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В офисах широко применяются светильники с флуоресцентными трубчатыми лампами.

В Европе также используют светильники с несколькими лампами, включенными последовательно. Например, популярны светильники с тремя трубчатыми лампами длиной по 60 см. В общем случае, светильник этого типа имеет последовательность из двух ламп, возбуждение которых осуществляется посредством высокомощного балласта, а возбуждение третьей лампы осуществляется посредством маломощного балласта.

Конструкция светильника этого типа показана на фиг.1.

Возбуждение первой лампы 10 осуществляется посредством маломощного балласта 12 и стартера 14, работающего в режиме холостого хода. Вторая и третья лампы 16 и 18 соединены последовательно и возбуждаются как единое целое посредством высокомощного балласта 20. Каждая из них имеет свой собственный стартер 17, 19, работающий в режиме холостого хода.

Существует нарастающая потребность в заменах флуоресцентных трубчатых ламп СИДами, а в частности - такими, которые не потребуют заменять светильник. Соответственно, существует весьма обширный рынок модернизации трубчатых светодиодных ламп с целью замены традиционных флуоресцентных трубчатых ламп. Вместе с тем, создание конструкции возбудителя СИДов, которая допускает последовательное соединение светодиодных ламп со связываемым с ними возбудителем, проблематично.

Соединить традиционные флуоресцентные лампы последовательно - легко, поскольку эквивалентное полное сопротивление традиционных флуоресцентных лампа отрицательно. Это значит, что входное напряжение для каждой лампы можно сделать саморегулируемым, когда они соединены последовательно.

Большей проблемой для светодиодной лампы является последовательное соединение светоизлучающих диодов (СИДов). В частности, полное сопротивление возбудителя с замкнутым контуром положительно, что порождает положительную обратную связь и возможность дисбаланса входного напряжения на каждой лампе.

Например, если два возбудителя с замкнутым контуром соединены последовательно, становится трудно обеспечить требуемый баланс между схемами, потому что схемы имеют допуски. Конкретнее, в случае возбудителя с замкнутым контуром, этот возбудитель попытается поддерживать выход возбудителя стабильным, а входное полное сопротивление возбудителя с замкнутым контуром будет изменяться пропорционально входному напряжению. Например R=U_вх²/P, где P - мощность, U_вх - напряжение, а R - сопротивление. Если P - величина постоянная, то R будет изменяться пропорционально U_вх.

При последовательном соединении, увеличенное сопротивление, в свою очередь, приведет к увеличенному напряжению, выделяемому для такого возбудителя. При двух возбудителях с замкнутым контуром, соединенных последовательно, существует вероятность, что один возбудитель будет развивать все большее и большее напряжение, чем другой возбудитель, а дисбаланс будет все усугубляться и усугубляться до тех пор, пока не возникнут аномальные условия возбуждения. Даже если система достигнет стабильного установившегося состояния, дисбаланс между двумя возбудителями сохранится. Это значит, что разные лампы могут иметь разные выходы, а нестабильность может породить мерцание.

Возможным решением является использование возбудителей с разомкнутым контуром. Возбудитель с разомкнутым контуром имеет входное полное сопротивление, которое ведет себя как резистор с постоянным сопротивлением. Поскольку возбудитель с разомкнутым контуром имеет относительно стабильное входное полное сопротивление, балансировку между такими возбудителями обеспечить легче. Вместе с тем, управление с разомкнутым контуром означает, что светоотдача во время возмущений на входе или выходе оказывается нерегулируемой, а на выход оказывают значительное влияние допуски основных параметров возбудителя СИДов.

В документе EP2257124A1 описана схема для соединения слаботочной осветительной цепи с устройством регулирования яркости. Она имеет переключатель, который замыкается, когда выходное напряжение мостового выпрямителя падает ниже 200 вольт. Когда переключатель замыкается, он обеспечивает резистивную нагрузку, которая обеспечивает ток удержания для триака устройства регулирования яркости.

Сущность изобретения

Было бы выгодно разработать схему возбудителя СИДов, которая дает возможность управления по току с замкнутым контуром или управления по электроэнергии с замкнутым контуром и которая может работать нормально в контексте последовательного соединения с еще одним возбудителем СИДов, избегая технической проблемы несбалансированного напряжения, развиваемого на этом и еще одном возбудителе СИДов из-за их отрицательного полного сопротивления.

Базовый замысел вариантов осуществления изобретения заключается в том, что оба возбудителя СИДов работают, дополняя друг друга, в каждом полуцикле: в одном заданном полуцикле один и только один возбудитель СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока, а в следующем полуцикле другой возбудитель СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока. Эта работа со взаимным дополнением воплощается посредством обеспечивающих это взаимное дополнение размыкания и замыкания двух закорачивающих элементов каждого возбудителя СИДов. Таким образом и решается техническая проблема несбалансированного напряжения, развивающегося на обоих возбудителях СИДов в случае, если они работают одновременно.

Изобретение характеризуется формулой изобретения, позволяющей наилучшим образом решить эту проблему.

Согласно примерам в соответствии с одним аспектом, предложена первая схема возбудителя СИДов, содержащая:

первый входной интерфейс для приема подводимой электроэнергии переменного тока и обеспечения первого выхода, причем упомянутый первый выход адаптирован к подключению ко второй схеме возбудителя СИДов;

первый возбудитель СИДов, питаемый посредством первого выхода;

первый закорачивающий элемент для закорачивания первого выхода;

первое устройство управления для управления первым закорачивающим элементом, причем первое устройство управления выполнено с возможностью замыкания первого закорачивающего элемента в течение только одного подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока с целью короткого замыкания первого возбудителя СИДов и предотвращения запитывания первого возбудителя СИДов посредством подводимой электроэнергии переменного тока, когда вторая схема возбудителя СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока в дополнение к не запитанному первому возбудителю СИДов, и размыкания первого закорачивающего элемента в течение другого подмножества полуциклов, чтобы сделать возможным запитывание первого возбудителя СИДов подводимой электроэнергией переменного тока, когда вторая схема возбудителя СИДов не запитана подводимой электроэнергией переменного тока в дополнение к первому возбудителю СИДов; при этом полуцикл представляет собой длительность положительной амплитуды или длительность отрицательной амплитуды подводимой электроэнергии переменного тока.

Этой схемой возбудителя можно управлять, отбирая электроэнергию только в течение другого подмножества полуциклов (т.е., только положительных полуфаз или отрицательных полуфаз) подводимой электроэнергии переменного тока, тогда как в упомянутом одном подмножестве полуциклов первый выход закорачивается, тем самым отключая первый возбудитель СИДов и делая возможной подачу питания на вторую схему возбудителя СИДов. Первый возбудитель СИДов может быть соединен последовательно со схемой возбудителя СИДов, которая действует попеременно с первой схемой возбудителя СИДов или в дополнение к ней, а именно - отбирая электроэнергию из подводимой электроэнергии переменного тока в течение подмножества полуциклов и оказываясь отключенной в течение другого подмножества. Таким образом можно избежать проблемы совместно используемого напряжения на выводах гирлянды последовательно включенных СИДов. Поэтому два возбудителя СИДов могут работать в режиме с разделением по времени, а вопросы стабильности и балансировки снимаются. Возбудитель СИДов (каждой схемы возбудителя) может воплощать управление с обратной связью по замкнутому контуру, и это означает, что существует отрицательная обратная связь от датчика (такого, как датчик тока) для управления током или электроэнергией при подаче на нагрузку.

В дополнительном варианте осуществления, первая схема возбудителя СИДов может дополнительно содержать:

первый буферный конденсатор между первым закорачивающим элементом и первым возбудителем СИДов; и

первый блокировочный диод в прямом направлении от первого закорачивающего элемента к первому буферному конденсатору.

Многие возбудители СИДов нуждаются в буферном конденсаторе перед возбудителем для сглаживания подводимой электроэнергии. Если вход возбудителя СИДов замкнут накоротко, существует риск, что этот буферный конденсатор разряжается из-за короткого замыкания. Чтобы справиться с этой проблемой, блокировочный диод предотвращает разрядку буферного конденсатора через первый закорачивающий элемент, когда первый закорачивающий элемент замкнут. Буферный конденсатор используется для поддержания стабильного напряжения, подводимого к возбудителю СИДов, и снижения пульсаций. Термин «прямое направление» означает направление, в котором диод способен проводить ток.

В дополнительном варианте осуществления, первое устройство управления может содержать схему конфигурирования для замыкания первого закорачивающего элемента в каждом втором полуцикле подводимой электроэнергии переменного тока, при этом каждый второй полуцикл представляет собой подмножество, и для размыкания первого закорачивающего элемента в течение остальных полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока, при этом остальные полуциклы представляют собой другое подмножество.

Наличие этой схемы конфигурирования означает, что она может закорачивать или не закорачивать один возбудитель в течение разных фаз подводимой электроэнергии переменного тока. Чтобы использовать отдельные возбудители СИДов последовательно, не требуется никакая калибровка или алгоритм конкретного соединения. Кроме того, работа в каждом втором цикле способствует сбалансированности работы обоих возбудителей и снижает видимое мерцание.

В дополнительном варианте осуществления, схема конфигурирования может содержать схему обнаружения, которая обнаруживает, больше ли напряжение на выходе, чем некоторое пороговое значение, и при этом схема конфигурирования выполнена с возможностью замыкания или размыкания первого закорачивающего элемента на основе упомянутого обнаружения.

Прежде, чем становятся активными любые из закорачивающих элементов, можно запустить оба возбудителя СИДов, чтобы они совместно использовали подводимую электроэнергию переменного тока. Вместе с тем, нестабильность цепи приведет к доминированию одной из схем возбудителей СИДов в некоторый конкретный момент времени. Когда это случается, это обнаруживается с помощью обнаружения порогового значения, которое затем позволяет выделять подмножества полуциклов обоим возбудителям СИДов. Поскольку уровень напряжения для обоих последовательно включенных возбудителей устанавливается автоматически, это обеспечивает внутреннюю синхронизацию без какой-либо связи или координации между обоими возбудителями, что позволяет избежать физических соединений и избавиться от сложности.

В дополнительном варианте осуществления, схема конфигурирования может быть выполнена с возможностью замыкания упомянутого первого закорачивающего элемента во втором полуцикле, следующем за первым полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом первом полуцикле превышает пороговое значение, и размыкания упомянутого первого закорачивающего элемента в четвертом полуцикле, следующем за третьим полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом третьем полуцикле не превышает пороговое значение.

Таким образом, управление функцией короткого замыкания осуществляется на основе обнаружения порогового значения в предыдущем полуцикле. Когда один возбудитель СИДов отбирает больше электроэнергии, происходит эффективное выделение следующего полуцикла другому возбудителю СИДов за счет активации его собственного закорачивающего элемента и самоотключения в следующем полуцикле. Когда оба возбудителя СИДов предусматривают использования одного и того же подхода (например, потому что они идентичны), требуемое чередующееся срабатывание закорачивающих элементов приводит к отсутствию самоконфликта.

В дополнительном варианте осуществления, схема конфигурирования может дополнительно содержать схему детектора перехода через нуль для обнаружения изменения фазы подводимой электроэнергии переменного тока с целью определения тактирования каждого полуцикла.

Этот сигнал обнаружения перехода через нуль можно использовать для формирования сигналов управления для закорачивающих элементов.

В дополнительном варианте осуществления, первый возбудитель СИДов представляет собой, например, источник тока с замкнутым контуром или источник электроэнергии с замкнутым контуром. Входной интерфейс может содержать, например, двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Как пояснялось выше, полная система возбудителей может содержать две отдельные схемы возбудителей того типа, к которому относятся вышеописанный первый возбудитель СИДов, и второй возбудитель СИДов. В этом случае, вторая схема возбудителя содержит:

второй входной интерфейс для генерирования второго выхода, причем первый и второй входные интерфейсы соединены электрически последовательно между собой и электрически последовательно с парой контактных выводов подводимой электроэнергии переменного тока, которые принимают подводимую электроэнергию переменного тока;

второй возбудитель СИДов, питаемый посредством второго выхода;

второй закорачивающий элемент для короткого замыкания второго выхода; и

второе устройство управления для управления вторым закорачивающим элементом, причем второе устройство управления выполнено с возможностью замыкания второго закорачивающего элемента в течение только другого подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока, когда первый закорачивающий элемент разомкнут, вследствие чего первый возбудитель СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока, и размыкания второго закорачивающего элемента в течение подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока, когда первый закорачивающий элемент замыкает первый закорачивающий элемент, вследствие чего второй возбудитель СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока; при этом первый возбудитель СИДов и второй возбудитель СИДов питаются и закорачиваются в дополнение друг к другу в каждых полуциклах подводимой электроэнергии переменного тока.

Эта компоновка предусматривает размещение двух входных интерфейсов и двух возбудителей СИДов последовательно. Во избежание нестабильности и неодинаковых выходных напряжений, каждый возбудитель СИДов работает в течение только одного подмножества полуциклов. Это обеспечивает совместное по времени использование подводимой электроэнергии переменного тока между двумя возбудителями СИДов. Одно подмножество полуциклов представляет собой фазы положительной полярности сигнала подводимой электроэнергии, а другое подмножество полуциклов представляет собой фазы отрицательной полярности. Это позволяет размещать два светодиодных устройства, каждое из которых имеет свой собственный возбудитель, последовательно, образуя полную схему возбудителей.

Таким образом, два возбудителя СИДов с замкнутым контуром можно сделать работающими последовательно. Возбудители СИДов работают в перемежающемся режиме или - дополняя друг друга.

Первые входной интерфейс, возбудитель СИДов, закорачивающий элемент и устройство управления могут образовывать первое устройство возбудителя СИДов, а вторые входной интерфейс, возбудитель СИДов, закорачивающий элемент и устройство управления могут образовывать второе устройство возбудителя СИДов. Тогда вся схема возбудителей содержит два устройства возбудителей СИДов, а каждое устройство возбудителя СИДов включает в себя свой собственный возбудитель СИДов.

Это изобретение направлено на создание схемы возбудителя СИДов, которая содержит одно из устройств возбудителей СИДов (например, одиночный трубчатый СИД), или к конфигурации с двумя устройствами возбудителей СИДов (например, комплектом из двух трубчатых СИДов). Таким образом, термин «схема возбудителя СИДов» следует считать относящимся к одному или нескольким описываемым устройствам возбудителей СИДов.

В предпочтительном варианте осуществления, система возбудителей дополнительно выполнена с возможностью: менять местами полуциклы, в течение которых первый закорачивающий элемент разомкнут, и полуциклы, в течение которых второй закорачивающий элемент разомкнут. Это значит, что система возбудителей меняет местами полуциклы, в течение которых первый закорачивающий элемент замкнут, и полуциклы, в течение которых второй закорачивающий элемент замкнут. Например, в первые 10 циклов электрической сети, которые занимают 200 мс, первый возбудитель СИДов возбуждается в каждой первой или положительной фазе циклов, а второй возбудитель СИДов возбуждается в каждой второй или отрицательной фазе циклов. В следующие 10 циклов электрической сети, система возбудителей меняет порядок: первый возбудитель СИДов возбуждается в каждой второй или отрицательной фазе циклов, а второй возбудитель СИДов возбуждается в каждой первой или положительной фазе циклов. Преимуществом этого варианта осуществления является смягчение проблемы электромагнитных помех/шума/резонанса, которая может возникать, когда возбудитель СИДов всегда срабатывает в один и тот же момент времени момент времени.

Первое и второе устройства возбудителей СИДов могут иметь идентичные аппаратные средства.

Таким образом, чтобы сделать возможным соединение устройств возбудителей СИДов друг с другом последовательно, в их специальных модификациях нужды нет. Поскольку из-за дисперсии собственного полного сопротивления обоих возбудителей СИДов, один возбудитель СИДов первым достигнет порогового значения и начнет чередовать короткое замыкание и отсутствие короткого замыкания, а другой возбудитель СИДов, в свою очередь тоже достигнет порогового значения, и тогда начнется работа в режиме взаимного дополнения. Это упрощает монтаж и проектирование.

В изобретении также предложена осветительная система, содержащая:

систему возбудителей, охарактеризованную выше;

первое светодиодное устройство, возбуждаемое первым возбудителем СИДов; и

второе светодиодное устройство, возбуждаемое вторым возбудителем СИДов.

Каждое из первого и второго светодиодных устройств может представлять собой трубчатый СИД. Вся осветительная цепь может быть основной электронной частью встраиваемой световой полосы, популярной во внутриофисной среде.

В изобретении также предложен способ возбуждения СИДов, заключающийся в том, что:

обеспечивают первый и второй выходы, каждый из которых - с соответствующего первого и второго входного интерфейса, причем первый и второй входные интерфейсы соединены электрически последовательно между собой и электрически последовательно с парой контактных выводов подводимой электроэнергии переменного тока, которые принимают подводимую электроэнергию переменного тока;

закорачивают или не закорачивают первый выход, замыкая или размыкая первый закорачивающий элемент, и не закорачивают или закорачивают второй выход, размыкая или замыкая второй закорачивающий элемент в режиме дополнения по отношению к первому закорачивающему элементу в каждом полуцикле подводимой электроэнергии переменного тока таким образом, что

осуществляют запитывание первого возбудителя СИДов с использованием первого выхода в подмножестве полуциклов, когда вторые выходы закорочены, а запитывание второго возбудителя СИДов не осуществляется;

осуществляют запитывание второго возбудителя СИДов с использование второго выхода в другом подмножестве полуциклов, когда первые выходы закорочены, а запитывание первого возбудителя СИДов не осуществляется.

Этот способ обеспечивает для двух возбудителей СИДов, которые соединены последовательно, чередующееся или осуществляемое с дополнением друг друга выделение электроэнергии переменного тока с разделением по времени.

Каждый из возбудителей СИДов может содержать источник тока с замкнутым контуром или источник электроэнергии с замкнутым контуром, а способ может дополнительно предусматривать для каждого выхода этапы, на которых:

обнаруживают, больше ли напряжение на выходе, чем пороговое значение;

закорачивают упомянутый выход, замыкая соответствующий закорачивающий элемент во втором полуцикле, следующем за первым полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом первом полуцикле превышает пороговое значение; и

не закорачивают упомянутый выход, размыкая соответствующий закорачивающий элемент в четвертом полуцикле, следующем за третьим полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом третьем полуцикле не превышает пороговое значение.

Эти и другие аспекты изобретения станут ясными из описания, приводимого со ссылками на вариант (варианты) осуществления, поясняемый (поясняемые) ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут подробно описаны примеры изобретения, при этом:

На фиг.1 показана известная конфигурация трех флуоресцентных трубчатых ламп, две из которых соединены последовательно, а одна - параллельно;

на фиг.2 показана схема возбудителей СИДов;

на фиг.3 показано тактирование работы обоих возбудителей СИДов, используемых в рамках схемы возбудителей согласно фиг.2;

на фиг.4 показан пример детектора перехода через нуль;

на фиг.5 показаны формы сигналов для пояснения работы детектора согласно фиг.4; и

на фиг.6 представлена временная диаграмма для пояснения способа разрешения конфликтов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В изобретении предложена схема возбудителя СИДов, содержащая первый входной интерфейс для приема подводимой электроэнергии переменного тока и обеспечении первого выхода и первый возбудитель СИДов, питаемый посредством первого выхода. Для короткого замыкания первого выхода предусмотрен первый закорачивающий элемент, который управляется таким образом, что активен в течение только одного подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока и неактивен в течение другого подмножества полуциклов. Это означает, что можно использовать две схемы возбудителей последовательно, каждая из который подает электроэнергию на основе только одного подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока.

На фиг.2 показана схема возбудителей СИДов, которая содержит два устройства 22, 24 возбудителей СИДов последовательно между подводимой электроэнергией переменного тока, принимаемой на первом и втором входах 26, 28.

Каждое светодиодное устройство 22, 24 может образовывать трубчатую лампу. Следовательно, оба устройства вместе могут образовывать двухламповый светильник или пару ламп в пределах светильника, имеющего также другие лампы. Схема СИДов, которая является объектом этого изобретения, может содержать одиночное устройство возбудителя СИДов или пару устройств возбудителей СИДов.

Термин «соединены последовательно», означает, что первое устройство 22 возбудителя СИДов принимает в качестве подводимой электроэнергии сигнал, подаваемый между первым контактным выводом 26 и промежуточным контактным выводом 27, а второе устройство 24 возбудителя СИДов принимает в качестве подводимой электроэнергии сигнал, подаваемый между промежуточным контактным выводом 27 и вторым контактным выводом 28.

Эти два устройства возбудителей СИДов 22, 24 идентичны, а подробно будет рассмотрено первое устройство 22 возбудителя СИДов.

Первое устройство 22 возбудителя СИДов содержит первый входной интерфейс 30 для приема подводимой электроэнергии переменного тока с соответствующей пары входных контактных выводов (26 и 27 для первого устройства 22 возбудителя СИДов) и для обеспечения первого выхода. Входной интерфейс 30 представляет собой двухполупериодный мостовой выпрямитель, так что напряжение V_c1 на первом выходе представляет собой выпрямленное выходное напряжение между шиной 31 напряжения и «землей». Возможно также расположение выпрямителя перед схемой возбудителя, а входной интерфейс при этом принимает подводимую электроэнергию переменного тока, которая уже выпрямлена. В этом случае входной интерфейс представляет собой именно соединительные штыри. Независимо от воплощения входного интерфейса, он обеспечивает доступ к выпрямленной либо невыпрямленной подводимой электроэнергии переменного тока в полуциклах.

Первый возбудитель 32 СИДов питается напряжением V_c1 первого выхода. Возбудитель СИДов возбуждает выходную нагрузку в виде СИДа 34.

Для короткого замыкания первого выхода предусмотрен, первый закорачивающий элемент 36, подсоединенный между шиной 31 напряжения и «землей». Как показано на фиг.2, закорачивающий элемент содержит закорачивающий полевой транзистор со структурой «металл-оксид-полупроводник» (полевой МОП-транзистор), подключенный параллельно выходу входного интерфейса и тем самым - параллельно входу возбудителя СИДов. В альтернативном варианте осуществления, закорачивающий элемент также может быть воплощен посредством других транзисторов или других управляемых переключателей.

Для управления первым закорачивающим элементом 36 таким образом, что он активен в течение только одного подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока и неактивен в течение другого подмножества полуциклов, предусмотрено первое устройство 38 управления.

Это значит, что устройство 22 возбудителя СИДов отбирает электроэнергию только в течение другого подмножества полуциклов (т.е., только положительных полуфаз или отрицательных полуфаз) выходного напряжения переменного тока на контактных выводах 26, 27, а в упомянутом одном подмножестве полуциклов входного возбудителя СИДов и закорочен, и электроэнергия подводится обходным путем к другому устройству возбудителя СИДов.

В предпочтительных примерах, возбудитель 32 СИДов представляет собой возбудитель с замкнутым контуром. Это значит, что он обеспечивает обратную связь для управления током, подаваемым на нагрузку 34. Эта обратная связь может быть, например, по напряжению на токочувствительном резисторе, которое является характеристикой тока через этот чувствительный резистор и СИД. Механизм обратной связи содержит устройство сравнения, предназначенное для сравнения напряжения, измеряемого параллельным токочувствительным резистором, и некоторого опорного значения, а разность между ними используется как параметр управления с обратной связью. Параметр управления с обратной связью обеспечивает регулирование уставки возбудителя, например - продолжительности включения источника питания режима переключения, чтобы поддержать желательный выходной ток.

Можно использовать обычный токорегулирующий возбудитель СИДов, и существуют различные возможные конструкции, как хорошо известно специалистам в данной области техники.

Между первым закорачивающим элементом 36 и первым возбудителем 32 СИДов предусмотрен первый буферный конденсатор 40, подсоединенный между шиной 31 напряжения и «землей». Он стабилизирует напряжение, выдаваемое на возбудитель 32 СИДов. В прямом направлении (под этим термином подразумевается направление, в котором может течь ток) от первого закорачивающего элемента 36 к первому буферному конденсатору 40 предусмотрен первый блокировочный диод 42. Он предусмотрен вдоль шины 31 напряжения таким образом, что анод соединен с первым закорачивающим элементом 36, а катод соединен с первым буферным конденсатором 40.

Первый блокировочный диод 42 предотвращает разрядку первого буферного конденсатора 40 через первый закорачивающий элемент 36, когда первый закорачивающий элемент 36 замкнут.

Как упоминалось выше, первое и второе устройства 22, 24 возбудителей СИДов могут быть идентичными.

Таким образом, второе устройство 24 возбудителя СИДов содержит:

второй входной интерфейс 50 (т.е., двухполупериодный мостовой выпрямитель) для генерирования напряжения V_c1A второго выхода на второй шине 51;

второй возбудитель 52 СИДов, который питается напряжением V_c1A второго выхода и который подает электроэнергию во второй СИД 54;

второй закорачивающий элемент 56 для закорачивания второго выхода;

второе устройство 58 управления для управления вторым закорачивающим элементом 56 таким образом, что он активен в течение только другого подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока и неактивен в течение подмножества полуциклов, используемого первым устройством 22 возбудителя.

Второе устройство 24 возбудителя СИДов также имеет второй буферный конденсатор 60 и второй блокировочный диод 62.

За счет соединения двух устройств 22, 24 возбудителей СИДов последовательно, каждое из них может отбирать электроэнергию из отличающегося подмножества полуциклов.

В течение фазы подводимой электроэнергии переменного тока, которая зарезервирована для другого возбудителя, закорачивающий элемент активируется таким образом, что возбудитель функционирует полностью как сквозной переключатель (при этом ток проходит через два диода диодного мостового выпрямителя и через закорачивающий элемент).

Следовательно, имеются два входных интерфейса и два возбудителя СИДов, включенные последовательно. Во избежание нестабильности и неодинаковых выходных напряжений, каждый возбудитель работает в течение только одного подмножества полуциклов. Это обеспечивает совместное по времени использование подводимой электроэнергии переменного тока между двумя устройствами возбудителей СИДов. Одно подмножество полуциклов представляет собой фазы положительной полярности сигнала подводимой электроэнергии, а другое подмножество полуциклов представляет собой фазы отрицательной полярности. Это позволяет размещать два устройства возбудителей СИДов, каждое из которых имеет свой собственный возбудитель СИДов, последовательно, образуя полную схему возбудителей.

Чтобы обеспечить выделение каждому устройству возбудителя СИДов его соответствующего подмножества полуциклов, требуется синхронизация, и она воплощается устройствами 38,58 управления.

На фиг.3 показана одна возможная последовательность работы двух устройств возбудителей СИДов.

На верхнем графике показан сигнал электрической сети.

Сигналы G₁ и G_1A представляют собой стробирующие сигналы для закорачивающих транзисторов (G₁ - для первого закорачивающего элемента 36, а G_1A - для второго закорачивающего элемента для 56). Также показаны напряжения V_c1 и V_c1A на выходах.

На фиг.3 показано, что оба устройства 22, 24 возбудителей работают в режиме перемежения, в котором каждое устройство возбудителя работает в течение некоторого множества полуциклов. Когда G₁ является сигналом низкого уровня, а G_1A - сигналом высокого уровня, входное напряжение прикладывается только к первому устройству 22 возбудителя. Когда G₁ является сигналом высокого уровня, а G_1A - сигналом низкого уровня, входное напряжение прикладывается только ко второму устройству 24 возбудителя.

Чтобы обеспечить синхронизацию, одному устройству возбудителя придется выделить первый полуцикл.

Одним возможным подходом является измерение напряжения переменного тока перед мостовыми выпрямителями и перевод одного из устройств возбудителей на функционирование в течение положительных полуциклов, а другого - на функционирование в течение отрицательных полуциклов.

Это обеспечивает простой подход, но приводит к различиям в уставках аппаратных средств между двумя устройствами возбудителей. Это нежелательно, поскольку требует дополнительного управления производством и требует заботы во время сборки.

Альтернативой является разработка конструкции, и это означает, что за счет соединения входных проводов с возбудителями по-разному, один может стать блоком, работающим в отрицательном цикле, а другой может стать блоком, работающим в положительном цикле. Это опять осложняет сборку.

Эти подходы вносят риск короткого замыкания электрической сети, если при сборке или монтаже возникают ошибки, поскольку тогда два закорачивающих транзистора смогут включаться одновременно.

Предпочтительным подходом является выделение соответствующего множества полуциклов устройствам возбудителей на основе механизма самосинхронизации. Это также может допускать использование идентичных устройств возбудителей, как поясняется ниже.

Первая функция как часть самосинхронизации заключается в обнаружении фаз сигнала подводимой электроэнергии переменного тока. На фиг.4 показана схема детектора перехода через нуль, которую можно использовать для обнаружения изменений в фазах подводимого напряжения электрической сети. Можно использовать любую схему детектора перехода через нуль, и на фиг.4 показан простой пример на основе биполярного плоскостного транзистора 72. Его база соединена с выходом делителя потенциала через диод 73 Зенера. Делитель потенциала генерирует масштабированную версию выпрямленной подводимой электроэнергии переменного тока на контактном выводе 74 на выходе делителя.

Диод Зенера является проводящим в течение большей части времени, включая транзистор 72 и понижая уровень сигнала на выходе 70 («синхросигнал переменного тока» «синх_ПеТ»). Диод Зенера оказывается непроводящим только в момент изменения фазы, когда напряжение является низким, так что когда на выходе 70 напряжение повышается до напряжения постоянного тока, V_ПоТ, генерируется короткий импульс. Таким образом, схема генерирует импульс на выходе 70 при каждом изменении фазы.

На фиг.5 показана выпрямленная подводимая электроэнергия переменного тока, прикладываемая к контактному выводу 74, и выходной сигнал синх_ПеТ.

Фиг.6 используется для пояснения подхода, предусматривающего самосинхронизацию. Этот подход обуславливает использование собственного дисбаланса между последовательно соединенными возбудителями СИДов.

Предполагается, что максимальное значение пика входного напряжения составляет V_{вх_макс}, а минимальное значение пика входного напряжения составляет V_{вх_мин}.

Контроллер каждого устройства возбудителя обнаруживает выпрямленное напряжение V_c1 или V_C1A после двухполупериодного мостового выпрямителя.

В течение периода времени запуска, закорачивающие элементы не используются, так что оба устройства возбудителей постоянно соединены последовательно. Этот период времени запуска представляет собой первые два полуцикла, показанные на фиг.6.

С учетом этого условия, допуски параметров и управление по замкнутому контуру для каждого последовательного устройства возбудителя, вероятно - по природе своей, вызывают дисбаланс между входными напряжениями, прикладываемыми к обеим последовательным лампам.

Предположим, что V_c1A > V_c1 в течение второго полуцикла периода запуска, как показано на фиг.6.

Опорное напряжение V_опорн задают и выбирают так, что 1/2V_{вх_макс} < V_опорн < V_{вх_мин}. Каждое из устройств 38, 58 управления имеет схему обнаружения, которая обнаруживает, больше ли напряжение на выходе, чем это пороговое значение. Это значит, что только одно из двух устройств возбудителей сможет когда-либо достичь V_опорн. Это позволяет избежать неправильной работы обоих закорачивающих элементов, когда входное напряжение изменяется.

Когда V_c1A > V_опорн, как показано во втором полуцикле, контроллер 58 второго устройства 24 возбудителя генерирует выходной сигнал O_1A. Затем контроллер ожидает изменения фазы входного сигнала электрической сети (определяемого его собственным сигналом синх_ПеТ).

Как только сигнал синх_ПеТ становится сигналом высокого уровня, контроллер 58 включает свой закорачивающий элемент 56, так что в этом полуцикле (третьем полуцикле на фиг.6) V_c1A = 0.

Второе устройство 24 возбудителя прекращает работу и действует в режиме обхода в течение этого третьего полуцикла. В результате, напряжение V_c1, появляющееся в первом устройстве 22 возбудителя, увеличивается до выпрямленного напряжения электрической сети. Затем в этом полуцикле работает первое устройство 22 возбудителя СИДов.

Поскольку V_c1 > V_опорн, контроллер первого устройства 22 возбудителя СИДов затем будет генерировать напряжение O₁ на выходе и ожидать сигнала изменения фазы. Как только его сигнал синх_ПеТ становится сигналом высокого уровня, закорачивающий элемент 36 включается, так что V_c1 = 0 в четвертом полуцикле, показанном на фиг.6. Первое устройство 22 возбудителя работает в режиме обхода, а напряжение V_c1A сразу же увеличится до выпрямленного напряжения электрической сети.

Это определяет цикл повторения, в котором обнаружение в одном полуцикле обуславливает то устройство возбудителя, которое должно действовать в режиме обхода в течение следующего полуцикла. Как только возникает нестабильность или дисбаланс на выходах в течение времени запуска (когда закорачивающие элементы не используются), разрешить конфликт способны оба устройства возбудителей. Как только конфликт разрешен, система становится стабильной.

Таким образом, схема конфигурирования каждого устройства возбудителя автоматически устанавливает его закорачивающий элемент в активное состояние в каждом втором полуцикле подводимой электроэнергии переменного тока и в неактивное состояние в течение остальных полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока. Схема может самоконфигурироваться без калибровки или применения алгоритма конкретного соединения отдельных устройств возбудителей СИДов. Когда одно устройство возбудителя отбирает электроэнергию, большую, чем другое, оно эффективно выделяет следующий полуцикл другому устройству возбудителя СИДов, активируя его собственный закорачивающий элемент в следующем полуцикле. Когда этот подход используется в обоих устройствах возбудителя СИДов (например, потому, что они идентичны), требуемое чередующееся срабатывание закорачивающих элементов приводит к отсутствию самоконфликта.

Таким образом, если устройство возбудителя в одном полуцикле, например - в первом полуцикле, отбирает большую электроэнергию, чем другое устройство возбудителя (потому что обнаруженное напряжение в упомянутом первом полуцикле превышает пороговое значение), то оно будет активировать свой закорачивающий элемент в следующем полуцикле, например - во втором полуцикле.

Аналогичным образом, если устройство возбудителя в одном полуцикле например - в третьем полуцикле, отбирает меньшую электроэнергию, чем другое устройство возбудителя (потому что обнаруженное напряжение в упомянутом третьем полуцикле не превышает пороговое значение), то оно будет активировать свой закорачивающий элемент в следующем полуцикле, например - в четвертом полуцикле.

Отметим, что в первом полуцикле, как показано на фиг.6, напряжение делится между двумя возбудителями СИДов относительно поровну. Это возможно при реальной работе и означает, что дисбаланса нет. Вместе с тем, это бывает не всегда, и обычно будет происходить выделение неодинаковых напряжений, а тогда неодинаковое выделение запускает самосинхронизацию, как сказано выше.

Изобретение представляет конкретный интерес для трубчатых СИДов, которые можно использовать как модификации существующих трубчатых светильников флуоресцентного свечения. Вместе с тем, применимы и светодиодные лампы других типов. Их можно использовать в светильнике с любым количеством ламп и там, где одна или несколько пар ламп должны быть соединены последовательно.

Изучив чертежи, описание и прилагаемую формулу изобретения, специалисты в области практического осуществления заявляемого изобретения смогут понять и внести другие изменения в раскрытые варианты осуществления. В формуле изобретения, слово «содержащий (-ая, -ее, -ие)» не исключает другие элементы или этапы, а признак в единственном числе не исключает множество. Тот факт, что некоторые меры изложены во взаимно различных пунктах формулы изобретения, сам по себе не указывает на невозможность с выгодой использовать комбинацию этих мер. Любые позиции в формуле изобретения не следует считать ограничивающими объем его притязаний.

Изобретение относится к схемам возбудителей светоизлучающих диодов (СИДов) и способам возбуждения. Техническим результатом является устранение положительной обратной связи и возможности дисбаланса входного напряжения на каждой лампе при последовательном подключении. Результат достигается тем, что первая схема возбудителя СИДов содержит: первый входной интерфейс (30) для приема подводимой электроэнергии переменного тока и обеспечения первого выхода, причем упомянутый первый выход адаптирован к подключению ко второй схеме возбудителя СИДов; первый возбудитель (32) СИДов, питаемый посредством первого выхода; первый закорачивающий элемент (36) для закорачивания первого выхода; первое устройство (38) управления для управления первым закорачивающим элементом, причем первое устройство (38) управления выполнено с возможностью замыкания первого закорачивающего элемента (36) в течение только одного подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока с целью короткого замыкания первого возбудителя (32) СИДов и предотвращения запитывания первого возбудителя (32) СИДов посредством подводимой электроэнергии переменного тока, когда вторая схема возбудителя СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока в дополнение к не запитанному первому возбудителю (32) СИДов, и размыкания первого закорачивающего элемента (36) в течение другого подмножества полуциклов, чтобы сделать возможным запитывание первого возбудителя (32) СИДов подводимой электроэнергией переменного тока, когда вторая схема возбудителя СИДов не запитана подводимой электроэнергией переменного тока в дополнение первому возбудителю (32) СИДов; при этом полуцикл представляет собой длительность положительной амплитуды или длительность отрицательной амплитуды подводимой электроэнергии переменного тока. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Первая схема (22) возбудителя СИДов, содержащая:

первый входной интерфейс (30) для приема подводимой электроэнергии переменного тока и обеспечения первого выхода, причем упомянутый первый выход адаптирован к подключению ко второй схеме возбудителя СИДов;

первый возбудитель (32) СИДов, питаемый посредством первого выхода;

первый закорачивающий элемент (36) для короткого замыкания первого выхода;

первое устройство (38) управления для управления первым закорачивающим элементом, причем первое устройство (38) управления выполнено с возможностью

- поддержания первого закорачивающего элемента (36) замкнутым с целью короткого замыкания первого возбудителя (32) СИДов с тем, чтобы пропустить подводимую электроэнергию переменного тока ко второму возбудителю СИДов и предотвратить запитывание первого возбудителя (32) СИДов посредством подводимой электроэнергии переменного тока в течение первого подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока,

- поддержания первого закорачивающего элемента (36) разомкнутым, чтобы сделать возможным запитывание первого возбудителя (32) СИДов подводимой электроэнергией переменного тока в течение второго подмножества полуциклов, причем упомянутое второе подмножество полуциклов не перекрывается с первым подмножеством полуциклов;

при этом полуцикл представляет собой длительность положительной амплитуды или длительность отрицательной амплитуды подводимой электроэнергии переменного тока.

2. Первая схема возбудителя СИДов по п.1, дополнительно содержащая:

первый буферный конденсатор (40) между первым закорачивающим элементом и первым возбудителем СИДов; и

первый блокировочный диод (42) в прямом направлении от первого закорачивающего элемента к первому буферному конденсатору.

3. Первая схема возбудителя СИДов по п.1, в которой первое устройство (38) управления содержит схему конфигурирования для:

- замыкания первого закорачивающего элемента в каждом втором полуцикле подводимой электроэнергии переменного тока, при этом каждый второй полуцикл представляет собой подмножество, и

- размыкания первого закорачивающего элемента в течение остальных полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока, при этом остальные полуциклы представляют собой другое подмножество.

4. Первая схема возбудителя СИДов по п.3, в которой схема конфигурирования содержит схему обнаружения, которая обнаруживает, больше ли напряжение на выходе, чем пороговое значение, и при этом схема конфигурирования выполнена с возможностью замыкания или размыкания первого закорачивающего элемента на основе упомянутого обнаружения.

5. Первая схема возбудителя СИДов по п.4, в которой схема конфигурирования выполнена с возможностью:

замыкания упомянутого первого закорачивающего элемента во втором полуцикле, следующем за первым полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом первом полуцикле превышает пороговое значение, и

размыкания упомянутого первого закорачивающего элемента в четвертом полуцикле, следующем за третьим полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом третьем полуцикле не превышает пороговое значение.

6. Первая схема возбудителя СИДов по п.5, в которой схема конфигурирования дополнительно содержит схему детектора перехода через нуль для обнаружения изменения фазы подводимой электроэнергии переменного тока с целью определения тактирования каждого полуцикла.

7. Первая схема возбудителя СИДов по п.1, в которой первый возбудитель (32) СИДов представляет собой источник тока с замкнутым контуром или источник электроэнергии с замкнутым контуром.

8. Первая схема возбудителя СИДов по п.1, в которой входной интерфейс (30) содержит двухполупериодный мостовой выпрямитель.

9. Система возбудителей, содержащая первую схему (22) возбудителя СИДов по любому из пп.1-8, дополнительно содержащая вторую схему (24) возбудителя СИДов, причем вторая схема возбудителя СИДов содержит:

второй входной интерфейс (50) для генерирования второго выхода, причем первый и второй входные интерфейсы соединены электрически последовательно между парой контактных выводов подводимой электроэнергии переменного тока, которые принимают подводимую электроэнергию переменного тока;

второй возбудитель (52) СИДов, питаемый посредством второго выхода; и

второй закорачивающий элемент (56) для короткого замыкания второго выхода;

второе устройство (58) управления для управления вторым закорачивающим элементом, причем второе устройство (58) управления выполнено с возможностью

- поддержания второго закорачивающего элемента (56) замкнутым с тем, чтобы пропустить подводимую электроэнергию переменного тока к первому возбудителю СИДов в течение второго подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока, пока первый закорачивающий элемент (36) разомкнут, вследствие чего первый возбудитель (32) СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока, и

- поддержания второго закорачивающего элемента (32) разомкнутым в течение первого подмножества полуциклов подводимой электроэнергии переменного тока, пока первый закорачивающий элемент (36) замкнут, вследствие чего второй возбудитель (52) СИДов питается подводимой электроэнергией переменного тока;

при этом упомянутое второе подмножество полуциклов не перекрывается с первым подмножеством полуциклов.

10. Система возбудителей по п.9, причем упомянутая система возбудителей дополнительно выполнена с возможностью:

менять местами полуциклы, в течение которых первый закорачивающий элемент разомкнут, и полуциклы, в течение которых второй закорачивающий элемент разомкнут; и

менять местами полуциклы, в течение которых первый закорачивающий элемент замкнут, и полуциклы, в течение которых второй закорачивающий элемент замкнут.

11. Система возбудителей по п.10, в которой первая и вторая схемы (22, 24) возбудителей СИДов имеют идентичные аппаратные средства.

12. Осветительная система, содержащая:

первую схему возбудителей по любому из пп.1-8 и первое светодиодное устройство (34), возбуждаемое первым возбудителем СИДов; или

систему возбудителей по любому из пп.9-11, первое светодиодное устройство (34), возбуждаемое первым возбудителем СИДов, и второе светодиодное устройство (54), возбуждаемое вторым возбудителем СИДов.

13. Осветительная система по п.12, в которой первое светодиодное устройство содержит трубчатый СИД или каждое из первого и второго светодиодных устройств содержит соответствующий трубчатый СИД.

14. Способ возбуждения СИДов, заключающийся в том, что:

обеспечивают первый и второй выходы, каждый из соответствующего первого и второго входного интерфейса, причем первый и второй входные интерфейсы соединены электрически последовательно и электрически последовательно между парой контактных выводов подводимой электроэнергии переменного тока, которые принимают подводимую электроэнергию переменного тока;

закорачивают первый выход и пропускают подводимую электроэнергию переменного тока на второй выход, замыкая первый закорачивающий элемент, и при этом не закорачивают второй выход, размыкая второй закорачивающий элемент, таким образом, что

осуществляют запитывание второго возбудителя СИДов с использованием второго выхода в первом подмножестве полуциклов;

не закорачивают первый выход, размыкая первый закорачивающий элемент, и закорачивают второй выход и пропускают подводимую электроэнергию переменного тока на первый выход, замыкая второй закорачивающий элемент, таким образом, что осуществляют запитывание первого возбудителя СИДов с использованием первого выхода во втором подмножестве полуциклов,

причем упомянутое второе подмножество полуциклов не перекрывается с первым подмножеством полуциклов.

15. Способ возбуждения СИДов по п.14, в котором каждый из возбудителей СИДов содержит источник тока с замкнутым контуром или источник электроэнергии с замкнутым контуром, и упомянутый способ дополнительно содержит для каждого выхода этапы, на которых:

обнаруживают, больше ли напряжение на выходе, чем пороговое значение;

закорачивают упомянутый выход, замыкая соответствующий закорачивающий элемент во втором полуцикле, следующем за первым полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом первом полуцикле превышает пороговое значение; и

не закорачивают упомянутый выход, размыкая соответствующий закорачивающий элемент в четвертом полуцикле, следующем за третьим полуциклом, когда обнаруженное напряжение в упомянутом третьем полуцикле не превышает пороговое значение.