Способ питания светодиодных блоков индикаторов и устройство для его реализации Ермакова В.Ф. Российский патент 2020 года по МПК H05B33/08 

Предлагаемая группа изобретений относится к электротехнике и может быть использована для отображения алфавитно-цифровой информации.

Предшествующий уровень техники отражает известный способ питания светодиодных блоков индикаторов [1], при котором блоки управления светодиодных блоков получают питание от источника стабилизированного фиксированного напряжения, а ток через светодиоды светодиодных блоков задают путем применения токоограничивающих резисторов, включенных между выходом источника стабилизированного напряжения и входами светодиодных блоков.

Недостатком прототипа являются значительные потери электроэнергии на токоограничивающих резисторах.

Известным устройством, реализующим способ питания светодиодных блоков индикаторов, является декадный семисегментный индикатор ([1], с. 439, рис. 23.12), содержащий индикаторный блок со светодиодными сегментами с общим анодом, семь внешних резисторов, дешифратор из двоично-десятичного кода в семисегментный код, имеющий выходы со свободным коллектором, источник постоянного напряжения +5 В.

Недостатком известного устройства также являются значительные потери электроэнергии на токоограничивающих резисторах.

Техническая задача, решаемая изобретением - снижение потерь электроэнергии.

Указанная техническая задача в способе питания светодиодных блоков индикаторов решается благодаря тому, что вводят дополнительный источник питания с регулируемым выходным напряжением, изменяя которое, задают ток светодиодов светодиодных блоков.

Указанная техническая задача в устройстве для реализации способа питания светодиодных блоков индикаторов решается благодаря тому, что в декадный семисегментный индикатор, содержащий n (где n≥1 - число десятичных разрядов устройства) семисегментных индикаторов на светодиодах с общим анодом, n информационных входов, являющихся информационными входами n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код, каждый выход которых соединен соответственно с катодами светодиодов соответствующих семисегментных индикаторов, выводы питания n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код объединены между собой и подключены к выходу «+» первого источника стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через конденсатор и подключены соответственно к выводам «+» и «-» двухполупериодного диодного выпрямителя, выводы переменного напряжения которого через трансформатор подключены к питающей сети, дополнительно введены переменный резистор и второй источник стабилизированного напряжения, вход «+» которого подключен к выходу «+» первого источника стабилизированного напряжения, а выход «+» второго источника стабилизированного напряжения связан с общими анодами светодиодов n семисегментных индикаторов, выходы «+» и «-» второго источника стабилизированного напряжения связаны между собой через переменный резистор, подвижный вывод которого соединен с управляющим входом второго источника стабилизированного напряжения.

Существенным отличием предлагаемого способа питания светодиодных блоков индикаторов является:

1) ток светодиодов светодиодных блоков индикаторов задают дополнительным источником питания с регулируемым выходным напряжением.

Существенными отличиями устройства для реализации предлагаемого способа питания светодиодных блоков индикаторов являются введение дополнительных элементов:

1) переменного резистора и второго источника стабилизированного напряжения;

Существенными отличиями устройства для реализации предлагаемого способа питания светодиодных индикаторов блоков являются исключение токоограничивающих резисторов из схем устройств, а также использование новых связей между элементами устройств. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - снижения потерь электроэнергии.

Схема устройства для реализации способа питания светодиодных блоков индикаторов представлена на фиг. 1.

Схема индикатора - (фиг. 1) содержит трансформатор 1, двухполупериодный диодный выпрямитель 2, конденсатор 3, первый 4 и второй 5 источники стабилизированного напряжения, n (где n≥1 - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) семисегментных индикаторов 6-7 на светодиодах 8 с общим анодом, n информационных входов 9-10, являющихся информационными входами n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код, переменный резистор 13, каждый выход n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код соединен соответственно с катодами светодиодов 8 соответствующих семисегментных индикаторов 6-7, выводы питания n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код объединены между собой и подключены к выходу «+» первого источника 4 стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через конденсатор 3 и подключены соответственно к выводам «+» и «-» двухполупериодного диодного выпрямителя 2, выводы переменного напряжения которого через трансформатор 1 подключены к питающей сети, вход «+» второго источника 5 стабилизированного напряжения подключен к выходу «+» первого источника 4 стабилизированного напряжения, а выход «+» второго источника 5 стабилизированного напряжения связан с общими анодами светодиодов 8 n семисегментных индикаторов 6-7, выходы «+» и «-» второго источника 5 стабилизированного напряжения связаны между собой через переменный резистор 13, подвижный вывод которого соединен с управляющим входом второго источника 5 стабилизированного напряжения. Рассмотрим работу индикатора (фиг. 1).

На входные зажимы 9-10 индикатора подается многоразрядная цифровая Информация в двоично-десятичном коде 8-4-2-1.

На выходах дешифраторов 11-12 входная информация преобразуется из двоично-десятичного кода в семисегментный код a-b-c-d-e-f-g в соответствии с таблицей 1 истинности (см. [1], с. 439, табл. 23.5).

Двоично-десятичные семисегментные дешифраторы 11-12, выпускаемые фирмой Texas Instruments в виде интегральных схем (ИС) типа SN74247 (отечественный аналог - ИС типа К514ИД2 [2]), имеют выходы с открытым коллектором и предназначены для управления семисегментными индикаторами 6-7 на светодиодах 8 с общим анодом (см. табл. 1).

Набор цифр Z_i, подаваемых на входы 9-10 цифрового индикатора (фиг. 1), отображаются на семисегментных индикаторах 6-7 в соответствии с их значениями, приведенными в табл. 1.

Например, на входы 9-10 цифрового индикатора подается число 456 (при n=3). В этом случае ко входам 9-10 приложены, соответственно, двоично-десятичные коды 0100, 0101 и 0110; на выходах двоично-десятичных семисегментных дешифраторов 11-12, соответственно, появляются коды 1001100, 0100100 и 0100000.

Нулю на выходе одного из дешифраторов 11-12 соответствует открытое состояние выходного транзистора - при подключении к такому выходу катода светодиода по светодиоду будет протекать ток, светодиод засвечивается, яркость его свечения задается протекающим через светодиод током I_p1 (где I_p1 - рабочий ток одного светодиода - сегмента).

Единичному напряжению на выходе одного из дешифраторов 11-12 соответствует закрытое состояние выходного транзистора - при подключении к такому выходу катода светодиода по светодиоду ток не протекает, светодиод не излучает, сегмент находится в погашенном состоянии.

Дешифратор 12 старшего десятичного разряда работает следующим образом. Коду на его выходе 1001100 соответствует излучающее состояние сегментов b, с, f, g и погашенное состояние сегментов a, d, е. Сегменты a, d - это верхний и нижний сегменты, е - левый нижний сегмент. Следовательно, на индикаторе 7 старшего разряда индицируется десятичная цифра «4» и т.д.

Для питания схемы индикатора используются трансформатор 1, который понижает переменное напряжение сети 220 В до необходимого уровня, двухполупериодный диодный выпрямитель 2, преобразующий переменное напряжение в постоянное, конденсатор 3, сглаживающий выходное напряжение выпрямителя 2, и первый 4 и второй 5 источники стабилизированного напряжения.

Первый источник 4 стабилизированного напряжения подает на выводы питания n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код постоянное номинальное напряжение (для большинства интегральных схем это 5 В).

С помощью переменного резистора 13 устанавливается тот уровень выходного напряжения второго источника 5 стабилизированного напряжения, который задает необходимый ток через светодиоды семисегментных индикаторов 6-7, обеспечивающий наиболее приемлемую яркость свечения светодиодов 8.

Падение напряжения на светодиодах 8 различных типов и различных производителей в рабочем диапазоне тока составляет 1,5-2,1 В. Это напряжение и устанавливается на выходе второго источника 5 стабилизированного напряжения.

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипами является снижение расхода электроэнергии за счет исключения токоограничивающих резисторов из схемы индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:

1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.. - М.: Мир, 1982 (прототип).

2. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. В 12 т. Т 4. - М.: КубК-а, 1997. - С. 106-114.

Предлагаемая группа изобретений относится к электротехнике и может быть использована для отображения алфавитно-цифровой информации. Техническим результатом является снижение потерь электроэнергии. Технический результат достигается за счет того, что: 1) при новом способе питания светодиодных блоков индикаторов вводят дополнительный источник питания с регулируемым выходным напряжением, изменяя которое, задают ток светодиодов светодиодных блоков; 2) устройство для реализации способа содержит трансформатор 1, двухполупериодный диодный выпрямитель 2, конденсатор 3, первый 4 и второй 5 источники стабилизированного напряжения, n (где n≥1 - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) семисегментных индикаторов 6-7 на светодиодах 8 с общим анодом, n информационных входов 9-10, являющихся информационными входами n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код, переменный резистор 13. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ питания светодиодных блоков индикаторов, при котором блоки управления светодиодных блоков получают питание от источника стабилизированного фиксированного напряжения, отличающийся тем, что вводят дополнительный источник питания с регулируемым выходным напряжением, изменяя которое, задают ток светодиодов светодиодных блоков.

2. Устройство для питания светодиодных блоков индикаторов, содержащее n (где n≥1 - число десятичных разрядов устройства) семисегментных индикаторов на светодиодах с общим анодом, n информационных входов, являющихся информационными входами n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код, каждый выход которых соединен соответственно с катодами светодиодов соответствующих семисегментных индикаторов, выводы питания n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код объединены между собой и подключены к выходу «+» первого источника стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через конденсатор и подключены соответственно к выводам «+» и «-» двухполупериодного диодного выпрямителя, выводы переменного напряжения которого через трансформатор подключены к питающей сети, отличающееся тем, что в него дополнительно введены переменный резистор и второй источник стабилизированного напряжения, вход «+» которого подключен к выходу «+» первого источника стабилизированного напряжения, а выход «+» второго источника стабилизированного напряжения связан с общими анодами светодиодов n семисегментных индикаторов, выходы «+» и «-» второго источника стабилизированного напряжения связаны между собой через переменный резистор, подвижный вывод которого соединен с управляющим входом второго источника стабилизированного напряжения.