Устройство управления яркостью светодиодов коллиматора (варианты) Российский патент 2022 года по МПК H05B45/10 

Изобретение относится к устройствам для управления яркостью светодиодов, в частности к устройствам для управления яркостью светодиодов, установленных в коллиматорных индикаторах летательных аппаратов.

Известно устройство управления яркостью светодиодов, содержащее драйвер светодиодов, пространственный модулятор света с электрической адресацией, два - ведущий и ведомый - цифровых контроллера, по меньшей мере, один силовой МОП-транзистор, и по меньшей мере, один светодиод, а также микросхему внешнего интерфейса, на вход которой подается видеосигнал, при этом микросхема внешнего интерфейса соединена с цифровыми контроллерами и драйвером светодиодов, каждый из цифровых контроллеров соединен с пространственным модулятором света, ведомый цифровой контроллер соединен с ведущим цифровым контроллером и с драйвером светодиодов, затвор каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с выводом драйвера светодиодов, управляющим включением/выключением этого транзистора путем подачи/отключения напряжения на этот затвор, истоки силовых МОП-транзисторов соединены между собой и через резистор R1 соединены с «землей», сток каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с катодом одного из светодиодов, а аноды светодиодов соединены между собой и соединены с выводом драйвера светодиодов, поддерживающим постоянный уровень напряжения, [DLPA3005 PMIC and High-Current LED Driver IС. [Электронный ресурс] - Texas Instruments Incorporated. DLPS071 - October 2015, стр. 54 fig. 24, стр. 57 fig. 26; - Режим доступа: https://www.ti.com/lit/dlps071/dlps071.pdf], принятый нами за прототип для обоих вариантов исполнения устройства.

В этом устройстве драйвер светодиодов имеет ограничения на выдачу минимального тока на светодиоды. Ток, подаваемый драйвером на светодиоды, имеет слишком большое значение, вследствие чего даже при минимально допустимом значении ширины импульсов ШИМ-сигнала (сигнала широтно-импульсной модуляции), подаваемого драйвером на светодиоды, светодиоды светят слишком ярко. При использовании этого устройства в конструкции коллиматора, устанавливаемого в кабине самолета, даже при минимальном уровне яркости светодиоды коллиматора светят слишком ярко, так что в ночное время изображение, создаваемое на объединителе (комбайнере) коллиматора, слепит пилота и мешает ему видеть окружающую обстановку, находящуюся за стеклом кабины самолета и расположенную за объединителем на оптической оси взгляда пилота.

Это снижает эксплуатационные характеристики коллиматора и сужает область его использования.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение эксплуатационных характеристик коллиматора и расширение области его использования за счет обеспечения возможности использования коллиматора в ночное время.

Для решения этой задачи в первом варианте его исполнения устройство, содержащее драйвер светодиодов, пространственный модулятор света с электрической адресацией, два - ведущий и ведомый - цифровых контроллера, по меньшей мере, один силовой МОП-транзистор, и по меньшей мере, один светодиод, а также микросхему внешнего интерфейса, на вход которой подается видеосигнал, при этом микросхема внешнего интерфейса соединена с цифровыми контроллерами и драйвером светодиодов, каждый из цифровых контроллеров соединен с пространственным модулятором света, ведомый цифровой контроллер соединен с ведущим цифровым контроллером и с драйвером светодиодов, затвор каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с выводом драйвера светодиодов, управляющим включением/выключением этого транзистора путем подачи/отключения напряжения на этот затвор, истоки силовых МОП-транзисторов соединены между собой и через резистор R1 соединены с «землей», сток каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с катодом одного из светодиодов, а аноды светодиодов соединены между собой и соединены с выводом драйвера светодиодов, поддерживающим постоянный уровень напряжения, дополнительно снабжено резистором R2, МОП-транзистором логического уровня, биполярным транзистором и пультом управления, при этом резистор R2 и МОП-транзистор логического уровня соединены последовательно и вместе они подсоединены параллельно резистору R1 так, что исток МОП-транзистора логического уровня соединен с «землей», сток МОП-транзистора логического уровня через резистор R2 соединен с истоками силовых МОП-транзисторов, затвор МОП-транзистора логического уровня соединен с выводом микросхемы внешнего интерфейса, подающим постоянное напряжение, достаточное для открывания N-канального МОП-транзистора логического уровня, а пульт управления соединен с микросхемой внешнего интерфейса.

Во втором варианте его исполнения устройство, содержащее драйвер светодиодов, пространственный модулятор света с электрической адресацией, два - ведущий и ведомый - цифровых контроллера, по меньшей мере, один силовой МОП-транзистор, и по меньшей мере, один светодиод, а также микросхему внешнего интерфейса, на вход которой подается видеосигнал, при этом микросхема внешнего интерфейса соединена с цифровыми контроллерами и драйвером светодиодов, каждый из цифровых контроллеров соединен с пространственным модулятором света, ведомый цифровой контроллер соединен с ведущим цифровым контроллером и с драйвером светодиодов, затвор каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с выводом драйвера светодиодов, управляющим включением/выключением этого транзистора путем подачи/отключения напряжения на этот затвор, истоки силовых МОП-транзисторов соединены между собой и через резистор R1 соединены с «землей», сток каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с катодом одного из светодиодов, а аноды светодиодов соединены между собой и соединены с выводом драйвера светодиодов, поддерживающим постоянный уровень напряжения, дополнительно снабжено резистором R2, МОП-транзистором логического уровня, биполярным транзистором, пультом управления и источником постоянного напряжения, достаточного для открывания МОП-транзистора логического уровня, при этом резистор R2 и МОП-транзистор логического уровня соединены последовательно и вместе они подсоединены параллельно резистору R1 так, что исток МОП-транзистора логического уровня соединен с «землей», сток МОП-транзистора логического уровня через резистор R2 соединен с истоками силовых МОП-транзисторов, затвор МОП-транзистора логического уровня соединен с выводом микросхемы внешнего интерфейса, подающим постоянное напряжение, достаточное для открывания N-канального МОП-транзистора логического уровня, а пульт управления соединен с микросхемой внешнего интерфейса.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в снижении яркости светодиодов коллиматора.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена электрическая схема первого варианта исполнения устройства, на фиг. 2 -электрическая схема второго варианта исполнения устройства.

В первом варианте его исполнения устройство содержит драйвер светодиодов 1, пространственный модулятор света 2 с электрической адресацией, два - ведущий 3 и ведомый 4 - цифровых контроллера, три N-канальных силовых МОП-транзистора 5, 6, 7, три светодиода 8, 9, 10 разного цвета, а именно красного, синего и зеленого цвета, микросхему 11 внешнего интерфейса, резистор R1 12, резистор R2 13, N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14 и пульт управления 15.

На вход микросхемы 11 внешнего интерфейса с внешних интерфейсов подают видеосигналы 16, которые нужно отобразить на объединителе (комбайнере) коллиматора. Микросхема 11 внешнего интерфейса соединена с цифровыми контроллерами 3, 4, в том числе посредством линии передачи видеоданных, а с ведущим цифровым контроллером 3 - еще и посредством управляющего интерфейса Микросхема 11 внешнего интерфейса соединена также с драйвером светодиодов 1 посредством линии передачи сигнала включения/выключения драйвера. Ведущий 3 и ведомый 4 цифровые контроллеры соединены между собой, в том числе посредством управляющего интерфейса и низкоскоростного интерфейса обмена данными. Каждый из цифровых контроллеров 3, 4 соединен с пространственным модулятором света 2, в частности посредством высокоскоростного интерфейса (шины) передачи видеоданных и управляющего низкоскоростного интерфейса обмена данными, посредством которых цифровые контроллеры 3, 4 управляют пространственным модулятором света 2. Ведомый цифровой контроллер 4 соединен также с драйвером светодиодов 1, в том числе посредством линии передачи сигналов кодирования светодиодов по цветам и интерфейса, управляющего состоянием драйвера светодиодов и его регистрами.

Драйвер светодиодов 1 соединен с пространственным модулятором света 2 посредством линий передачи высокого напряжения и напряжения питания.

Затворы 17, 18, 19 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 соединены с выводами 20, 21, 22 драйвера светодиодов 1, управляющими включением/выключением этих транзисторов путем подачи/отключения напряжения на эти затворы.

Истоки 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 соединены между собой и соединены с выводом 26 драйвера светодиодов, замеряющим величину тока, подаваемого на светодиоды 8, 9, 10, а через резистор R1 12 истоки 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 соединены с «землей». Стоки 27, 28, 29 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 соединены с катодами 30, 31, 32 светодиодов 8, 9, 10.

Аноды 33, 34, 35 светодиодов 8, 9, 10 соединены между собой и соединены с выводом 36 драйвера светодиодов 1, поддерживающим постоянный уровень напряжения на анодах светодиодов.

Резистор R2 13 и N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14 соединены последовательно и вместе они подсоединены параллельно резистору R1 12 так, что сток 37 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 через резистор R2 13 соединен с истоками 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7, а исток 38 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 соединен с «землей».

Затвор 39 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 соединен с выводом 40 микросхемы 11 внешнего интерфейса, подающим постоянное напряжение, достаточное для открывания N-канального МОП-транзистора логического уровня 14.

Пульт управления 15 соединен с микросхемой 11 внешнего интерфейса.

Пространственный модулятор света 2 с электрической адресацией может быть выполнен в виде цифрового микрозеркального устройства, содержащего матрицу микрозеркал, и формирующего изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений.

Работает устройство следующим образом.

С помощью пульта управления 15 пилот переключает микросхему 11 внешнего интерфейса с дневного режима работы на ночной режим и обратно.

При работе в дневном режиме с вывода 40 микросхемы 11 внешнего интерфейса на затвор 39 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 подают напряжение порядка 5 В, достаточное для открывания транзистора. При открытом N-канальном МОП-транзисторе логического уровня 14 ток с истоков 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 идет на «землю» через две параллельные ветви, на одной из которых расположен резистор R1 12, а на другой - резистор R2 13 и N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14.

За счет применения N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 с минимально возможным значением сопротивления и установки резистора R2 с таким значением сопротивления, при котором ток, протекающий через истоки 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 и, соответственно, через светодиоды 8, 9, 10, имеет номинальное значение (порядка 16 А), обеспечивают свечение светодиодов с номинальным уровнем яркости.

При работе в ночном режиме с вывода 40 микросхемы 11 внешнего интерфейса на затвор 39 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 подают напряжение, близкое к нулевому значению. N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14 закрывается и ток с истоков 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 идет на «землю» только по одной ветви, на которой расположен резистор R1 12. За счет большого значения сопротивления резистора R1 (порядка 1 Ом) ток, протекающий через истоки 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 и, соответственно, через светодиоды 8, 9, 10, имеет минимальное значение и светодиоды светят с минимально возможным уровнем яркости.

В втором варианте его исполнения устройство содержит драйвер светодиодов 1, пространственный модулятор света 2 с электрической адресацией, два - ведущий 3 и ведомый 4 - цифровых контроллера, три N-канальных силовых МОП-транзистора 5, 6, 7, три светодиода 8, 9, 10 разного цвета, а именно красного, синего и зеленого цвета, микросхему внешнего интерфейса, резисторы R1 12 и R2 13, N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14 и пульт управления 15.

Отличие второго варианта исполнения устройства от первого варианта заключается в том, что микросхема внешнего интерфейса выполнена в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 41.

Особенностью ПЛИС 41 является то, что максимальное напряжение, которое она может подать на свой вывод 42, равняется 3,3 В. Этого напряжения недостаточно, чтобы открыть N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14. Поэтому в схему добавлены источник постоянного напряжения 43 и биполярный транзистор 44. Источник постоянного напряжения 43 подает напряжение 5 В и соединен с затвором 39 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 и с коллектором 45 биполярного транзистора 44. Эмиттер 46 биполярного транзистора 44 соединен с «землей», а база 47 биполярного транзистора 44 соединена с выводом 42 ПЛИС 41, подающим напряжение 3,3 В. Этого напряжения достаточно, чтобы открыть биполярный транзистор 44. Пульт управления 15 соединен с ПЛИС 41.

Все остальные элементы устройства соединены так же, как и в первом варианте исполнения устройства.

Работает устройство следующим образом.

С помощью пульта управления 15 пилот переключает ПЛИС 41 с дневного режима работы на ночной режим и обратно.

При работе в дневном режиме с вывода 42 ПЛИС на базу 47 биполярного транзистора 44 подают напряжение, близкое к нулевому значению. Поэтому биполярный транзистор 44 закрыт. Вследствие этого, с источника постоянного напряжения 43 на затвор 39 N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 подается напряжение порядка 5 В, достаточное для открывания этого транзистора. При открытом N-канальном МОП-транзисторе логического уровня 14 ток с истоков 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 идет на «землю» через две параллельные ветви, на одной из которых расположен резистор R1 12, а на другой - резистор R2 13 и N-канальный МОП-транзистор логического уровня 14.

За счет применения N-канального МОП-транзистора логического уровня 14 с минимально возможным значением сопротивления и установки резистора R2 с таким значением сопротивления, при котором ток, протекающий через истоки 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 и, соответственно, через светодиоды 8, 9, 10, имеет номинальное значение (порядка 16 А), обеспечивают свечение светодиодов с номинальным уровнем яркости.

При работе в ночном режиме с вывода 42 ПЛИС 41 на базу 47 биполярного транзистора 44 подают напряжение порядка 3,3 В. За счет этого биполярный транзистор 44 открывается и ток с источника постоянного напряжения 43 через биполярный транзистор 44 идет на «землю». Вследствие этого, на затвор 39 МОП-транзистора логического уровня 14 подается напряжение, близкое к нулевому значению. МОП-транзистор логического уровня 14 закрывается и ток с истоков 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 идет на «землю» только по одной ветви, на которой расположен резистор R1 12. За счет большого значения сопротивления резистора R1 12 (порядка 1 Ом), ток, протекающий через истоки 23, 24, 25 N-канальных силовых МОП-транзисторов 5, 6, 7 и, соответственно, через светодиоды 8, 9, 10, имеет минимальное значение, и светодиоды светят с минимально возможным уровнем яркости. Благодаря этому, в темное время суток изображение, создаваемое на объединителе (комбайнере) коллиматора, не слепит пилота и позволяет ему видеть окружающую обстановку, находящуюся за стеклом кабины самолета и расположенную за объединителем на оптической оси взгляда пилота.

Изобретение относится к устройствам для управления яркостью светодиодов, установленных в коллиматорных индикаторах летательных аппаратов. Технический результат - обеспечение возможности использования коллиматорного индикатора со светодиодной подсветкой в ночное время без риска ослепления пилота. Результат достигается тем, что в первом варианте исполнения устройство содержит драйвер светодиодов (1), пространственный модулятор света (2) с электрической адресацией, два - ведущий (3) и ведомый (4) - цифровых контроллера, три N-канальных силовых МОП-транзистора (5, 6, 7), три светодиода (8, 9, 10) красного, синего и зеленого цвета, микросхему (11) внешнего интерфейса, резистор R1 (12), резистор R2 (13), N-канальный МОП-транзистор логического уровня (14) и пульт управления (15). Во втором варианте исполнения устройства микросхема внешнего интерфейса выполнена в виде программируемой логической интегральной схемы (41) и в устройство добавлены источник постоянного напряжения (43) и биполярный транзистор (44). Работает устройство следующим образом. С помощью пульта управления пилот переключает микросхему внешнего интерфейса с дневного режима работы на ночной режим и обратно. При работе в дневном режиме с вывода микросхемы внешнего интерфейса на затвор (39) N-канального МОП-транзистора логического уровня подается напряжение порядка 5 В, достаточное для открывания транзистора. При этом ток с истоков (23, 24, 25) N-канальных силовых МОП-транзисторов идет на «землю» через две параллельные ветви, на одной из которых расположен резистор R1, а на другой - резистор R2 и N-канальный МОП-транзистор логического уровня. В этом случае ток, протекающий через светодиоды, имеет максимальное значение, что обеспечивает свечение светодиодов с максимальным уровнем яркости. При работе в ночном режиме с вывода микросхемы внешнего интерфейса на затвор N-канального МОП-транзистора логического уровня подается напряжение, близкое к нулевому значению. N-канальный МОП-транзистор логического уровня закрывается и ток с истоков (23, 24, 25) N-канальных силовых МОП-транзисторов идет на «землю» только по одной ветви, на которой расположен резистор R1. За счет большого значения сопротивления резистора R1 ток, протекающий через светодиоды, имеет минимальное значение, и светодиоды светят с минимально возможным уровнем яркости. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство управления яркостью светодиодов коллиматора, содержащее драйвер светодиодов, пространственный модулятор света с электрической адресацией, два - ведущий и ведомый - цифровых контроллера, по меньшей мере один силовой МОП-транзистор, по меньшей мере один светодиод, а также микросхему внешнего интерфейса, на вход которой подается видеосигнал, при этом микросхема внешнего интерфейса соединена с цифровыми контроллерами и драйвером светодиодов, каждый из цифровых контроллеров соединен с пространственным модулятором света, ведомый цифровой контроллер соединен с ведущим цифровым контроллером и с драйвером светодиодов, затвор каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с выводом драйвера светодиодов, управляющим включением/выключением этого транзистора путем подачи/отключения напряжения на этот затвор, истоки силовых МОП-транзисторов соединены между собой и через резистор R1 соединены с «землей», сток каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с катодом одного из светодиодов, а аноды светодиодов соединены между собой и соединены с выводом драйвера светодиодов, поддерживающим постоянный уровень напряжения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено резистором R2, МОП-транзистором логического уровня, биполярным транзистором и пультом управления, при этом резистор R2 и МОП-транзистор логического уровня соединены последовательно и вместе они подсоединены параллельно резистору R1 так, что исток МОП-транзистора логического уровня соединен с «землей», сток МОП-транзистора логического уровня через резистор R2 соединен с истоками силовых МОП-транзисторов, затвор МОП-транзистора логического уровня соединен с выводом микросхемы внешнего интерфейса, подающим постоянное напряжение, достаточное для открывания N-канального МОП-транзистора логического уровня, а пульт управления соединен с микросхемой внешнего интерфейса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пространственный модулятор света с электрической адресацией выполнен в виде цифрового микрозеркального устройства, содержащего матрицу микрозеркал и формирующего изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что МОП-транзистор логического уровня выполнен в виде N-канального МОП-транзистора логического уровня.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве силовых МОП-транзисторов применены три N-канальных силовых МОП-транзистора.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве светодиодов применены три светодиода разного цвета, а именно красного, синего и зеленого цвета.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что истоки силовых МОП-транзисторов соединены с выводом драйвера светодиодов, замеряющим величину тока.

7. Устройство управления яркостью светодиодов коллиматора, содержащее драйвер светодиодов, пространственный модулятор света с электрической адресацией, два - ведущий и ведомый - цифровых контроллера, по меньшей мере один силовой МОП-транзистор, и по меньшей мере один светодиод, а также микросхему внешнего интерфейса, на вход которой подается видеосигнал, при этом микросхема внешнего интерфейса соединена с цифровыми контроллерами и драйвером светодиодов, каждый из цифровых контроллеров соединен с пространственным модулятором света, ведомый цифровой контроллер соединен с ведущим цифровым контроллером и с драйвером светодиодов, затвор каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с выводом драйвера светодиодов, управляющим включением/выключением этого транзистора, путем подачи/отключения напряжения на этот затвор, истоки силовых МОП-транзисторов соединены между собой и через резистор R1 соединены с «землей», сток каждого из силовых МОП-транзисторов соединен с катодом одного из светодиодов, а аноды светодиодов соединены между собой и соединены с выводом драйвера светодиодов, поддерживающим постоянный уровень напряжения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено резистором R2, МОП-транзистором логического уровня, биполярным транзистором, пультом управления и источником постоянного напряжения, достаточного для открывания МОП-транзистора логического уровня, при этом резистор R2 и МОП-транзистор логического уровня соединены последовательно и вместе они подсоединены параллельно резистору R1 так, что исток МОП-транзистора логического уровня соединен с «землей», сток МОП-транзистора логического уровня через резистор R2 соединен с истоками силовых МОП-транзисторов, затвор МОП-транзистора логического уровня соединен с коллектором биполярного транзистора и с источником постоянного напряжения, эмиттер биполярного транзистора соединен с «землей», база биполярного транзистора соединена с выводом микросхемы внешнего интерфейса, подающим постоянное напряжение, достаточное для открывания биполярного транзистора, а пульт управления соединен с микросхемой внешнего интерфейса.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что пространственный модулятор света с электрической адресацией выполнен в виде цифрового микрозеркального устройства, содержащего матрицу микрозеркал, и формирующего изображение за счет выборочного управляемого поворота микрозеркал матрицы в одно из двух крайних положений.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что микросхема внешнего интерфейса выполнена в виде программируемой логической интегральной схемы.

10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что МОП-транзистор логического уровня выполнен в виде N-канального МОП-транзистора логического уровня.

11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве силовых МОП-транзисторов применены три N-канальных силовых МОП-транзистора.

12. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве светодиодов применены три светодиода разного цвета, а именно красного, синего и зеленого цвета.

13. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что истоки силовых МОП-транзисторов соединены с выводом драйвера светодиодов, замеряющим величину тока.