RU2554080C2

RU2554080C2 - Устройство освещения

Info

Publication number: RU2554080C2
Application number: RU2012115478/07A
Authority: RU
Inventors: Редауане ЭДДЕАНЕ; Робертус Леонардус ТАУСАЙН; Бертранд Йохан Эдвард ХОНТЕЛЕ; Деннис Йоханнес Антониус КЛАССЕНС; Этьен Николас Катхалейнтье Паулус Мария ЭБЕРСОН; Хун ЦЗЯН; Филип Луи Зулма ВАЭЛЬ
Original assignee: Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2015-06-27
Also published as: EP2478743A1; US20120169246A1; CN102598855B; JP5647250B2; BR112012005830A2; KR20120067360A; WO2011033415A1; CA2774227C; JP2013505531A; CN102598855A; CA2774227A1; KR101799488B1; US9167652B2; RU2012115478A; EP2478743B1; TW201127199A

Abstract

Изобретение относится к области светотехники. Устройство (1) освещения содержит, по меньшей мере, один источник (50) света низкой мощности; входной каскад (20) питания, подходящий для приема низкого переменного напряжения от электронного трансформатора (ET); буферный каскад (30) питания, имеющий вход (31), соединенный с выходом (29) входного каскада питания; схему (40) возбуждения для возбуждения источника света и приема электропитания от буферного каскада питания. Входной каскад питания формирует выходные импульсы тока, чтобы зарядить буферный каскад питания, на относительно низкой частоте, и во время каждого выходного импульса тока входной каскад питания потребляет входной ток, входной поток всегда имеет величину тока выше, чем минимальная требуемая нагрузка электронного трансформатора. Технический результат - снижение мерцания света путем улучшения совместимости между светодиодными источниками света и электронным трансформатором. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

2420-184574RU/018

УСТРОЙСТВО ОСВЕЩЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к освещению.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области освещения было разработано много различных типов источников света. В зависимости от применения каждый тип источников света может иметь конкретные преимущества и недостатки. В любом случае каждый тип источников света имеет конкретные спецификации, и источники мощности (или возбудители) для таких источников света были разработаны для соответствия конкретным спецификациям.

Недавней разработкой является светоизлучающий диод (LED) высокой мощности в качестве источника света в целях освещения. Хотя, безусловно, были разработаны и разрабатываются схемы возбуждения для устройств освещения, использующих LED в качестве источников света, имеется также желание использовать LED в качестве замены для источников света в существующих устройствах освещения (встраивание в существующее оборудование), когда электрический входной сигнал для лампы формируется существующей схемой возбуждения, адаптированной для соответствия конкретным спецификациям существующего (не LED) источника света. Это приводит к некоторым проблемам и/или затруднениям.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение, в частности, имеет отношение к проблеме встраивания в существующее оборудование в случае низковольтных ламп, таких как галогеновые лампы, например, галогеновые лампы MR16, 12 В с цоколем GU5.3; альтернативные примеры - лампы MR11 или конфигурации с цоколем G4 или G9. Однако принципы настоящего изобретения, что касается возможности регулировки яркости, также могут быть применены в случае ламп, работающих от электросети.

В случае низковольтных систем освещения нормальное напряжение электросети (обычно переменное напряжение 230 В, частотой 50 Гц в Европе) преобразуется в безопасное низкое напряжение. Большинство трансформаторов, используемых с этой целью, реализовано как электронные источники питания с возможностью переключения режимов, работающие на относительно высокой частоте переключения, более высокой, чем частота электросети, более высокая частота дает в результате меньший размер трансформатора. Проблема состоит в том, что этот тип трансформатора испытывает затруднения при совместной работе с LED. Как правило, работа трансформатора может быть не стабильной, что приводит к мерцанию света.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть или, по меньшей мере, уменьшить эти проблемы.

В частности, настоящее изобретение нацелено на улучшение совместимости между LED и электронными трансформаторами.

В частности, настоящее изобретение нацелено на обеспечение устройства освещения, включающего в себя один или более LED в качестве источников света и способного к надежной совместной работе с электронными трансформаторами.

Настоящее изобретение основано на том, что электронный трансформатор требует минимальной нагрузки (минимального выходного тока) для правильной работы, и что LED могут быть не способны обеспечить такую минимальную нагрузку. Как правило, требования минимальной нагрузки электронного трансформатора находятся в диапазоне от 20 Вт до 60 Вт, тогда как LED, как правило, обеспечивают гораздо более низкую нагрузку (низкая мощность которых фактически рассматривается как важное преимущество LED и, в первую очередь, является важной причиной использования их для замены ламп высокой мощности).

В одном важном аспекте изобретения схема возбуждения LED в соответствии с настоящим изобретением снабжен входным каскадом питания и буферным каскадом питания. Входной каскад питания предназначен для соединения со стандартным электронным трансформатором и выполнен с возможностью потреблять относительно короткие импульсы тока высокого уровня, то есть более короткие, чем период электросети. Между этими импульсами ток из трансформатора не потребляется, таким образом, трансформатор тока может считаться выключенным. Во время импульсов уровень тока достаточно высок, чтобы отвечать требованиям минимальной нагрузки электронного трансформатора. Буферный каскад питания предназначен для буферизации электрической мощности, потребляемой из электронного трансформатора. Сама схема возбуждения LED питается от буферного каскада питания и представляет нагрузку относительно низкой мощности для буферного каскада питания. В среднем мощность, потребляемая из буферного каскада питания схемой возбуждения LED, должна быть скомпенсирована мощностью, потребляемой из входного каскада питания буферным каскадом питания: это делается посредством соответствующей адаптации рабочего цикла импульсов тока высокого уровня.

Таким образом, схема возбуждения в соответствии с настоящим изобретением имеет двухкаскадную конфигурацию. Первый каскад выполнен, чтобы отвечать требованиям нагрузки трансформатора источника питания, в то время как второй каскад выполнен с возможностью обеспечивать питание LED в соответствии с требованиями обеспечения питания LED. Дополнительные полезные разработки упомянуты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует отметить, что документ WO2009/079924 раскрывает схему возбуждения LED, принимающую питающее напряжение 12 В переменного тока (АС), которое, например, обеспечивается от галогенного трансформатора. Эта схема возбуждения содержит выпрямитель и буферный конденсатор, заряжаемый пиковым входным переменным напряжением 12 В. В случае низкого потребления мощности LED эта схема управления также потребует лишь низкого тока трансформатора. В любом случае, важное неудобство решений предшествующего уровня техники состоит в том, что пиковый ток в лампу не определен, и что пиковый ток, потребляемый из трансформатора, не определен, и, таким образом, ток, потребляемый из трансформатора, может быть либо слишком низким, либо слишком высоким для правильной работы трансформатора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут далее разъяснены с помощью последующего описания одного или более предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые или аналогичные части.

Фиг.1 показывает блок-схему устройства освещения, реализованного в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая входной каскад питания и буферный каскад питания;

Фиг.3 - график, схематично иллюстрирующий несколько кривых тока и напряжения;

Фиг.4 схематично иллюстрирует светодиодную лампу в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая схему возбуждения LED;

Фиг.6A-6C - блок-схемы, иллюстрирующие изменение устройства освещения, показанного на фигуре 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 схематично показывает блок-схему устройства 1 освещения, реализованного в соответствии с настоящим изобретением, соединенного с электронным трансформатором ET, который, в свою очередь, соединен с электросетью M. Устройство 1 освещения имеет конфигурацию с тремя каскадами, содержащую входной каскад 20 питания, буферный каскад 30 питания, каскад 40 схемы возбуждения LED и, наконец, один или более LED 50. Как будет объяснено более подробно, основная задача входного каскада 20 питания состоит в том, чтобы сохранять заполненным буфер 30 с учетом требований источника, в частности, трансформатора ET, в то время как основная задача схемы возбуждения 40 состоит в том, чтобы возбуждать LED мощностью, полученной из буфера, с учетом требований LED. Таким образом, даже если такие требования могут взаимно конфликтовать, они не "сталкиваются", поскольку они находят свое выражение в разных схемах тока. В устойчивом состоянии содержимое буфера 30 питания является в среднем постоянным. В одной конкретной реализации управление определяется схемой LED: например, в случае регулировки яркости устанавливается мощность LED, определяющая скорость, с которой питание берется из буфера, и задача входного каскада питания состоит в том, чтобы отслеживать это и адаптировать свою скорость заполнения буфера. В другой конкретной реализации управление определяется схемой источника питания: например, в случае регулировки яркости устанавливается мощность электросети, определяющая скорость, с которой питание вводится в буфер, и задача каскада схемы возбуждения LED состоит в том, чтобы отслеживать это и адаптировать свою скорость опустошения буфера и, следовательно, питание LED.

Схема возбуждения 40 LED имеет вход 41 питания, соединенный с выходом 39 питания буферного каскада 30 питания. Схема 40 возбуждения LED может являться стандартной автономной схемой возбуждения предшествующего уровня техники без необходимости специальной адаптации, поэтому дополнительное описание здесь опущено. Например, любая схема возбуждения, способная правильно работать, когда ее вход 41 питания соединен с источником постоянного напряжения с подходящим уровнем напряжения, может использоваться в качестве схемы 40 возбуждения.

Буферный каскад 30 питания, который может, как правило, содержать один или более конденсаторов, имеет вход 31 буфера, соединенный с выходом 29 питания входного каскада 20 питания, который, в свою очередь, имеет вход питания, соединенный с электронным трансформатором ET. Что касается архитектуры, устройство 1 освещения предпочтительно реализовано как полный блок лампы, включающий в себя соединитель 10 лампы для присоединения к стандартному соединительному гнезду CS, соединенному с выходом трансформатора. Однако также возможно, что используется стандартный блок лампы, состоящий из комбинации лампы 50 и схемы 40 возбуждения, этот блок обеспечен соединителем лампы, подобным соединителю 10 лампы и способным к присоединению к соединителю CS, и что комбинация входного каскада 20 питания и буферного каскада 30 питания реализована как промежуточное устройство 60 питания, снабженное на своем входе соединителем лампы, подобным соединителю 10 лампы и способным к присоединению к соединителю CS, и обеспеченное на своем выходе стандартным гнездом соединителя, подобным гнезду CS.

Фиг.2 является блок-схемой, иллюстрирующей некоторые аспекты входного каскада 20 питания и буферного каскада 30 питания в некоторых дополнительных подробностях.

Буферный каскад 30 питания, как правило, содержит конденсатор 32, соединенный параллельно с выходами 38, 39.

Входной каскад 20 питания, который может содержать выпрямитель 22, предпочтительно реализован как преобразователь. Фиг.2 иллюстрирует конфигурацию повышающего преобразователя, но входной каскад 20 питания также может быть реализован как понижающе-повышающий преобразователь, преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC) и т.д.; во всех этих реализациях можно получить выходное напряжение (и, таким образом, рабочее напряжение буферного каскада 30 питания), более высокое, чем выходное напряжение трансформатора ET. В показанном варианте осуществления входной каскад 20 питания содержит последовательное расположение катушки 26 индуктивности и диода 27, расположенных между входом 21 (или выпрямителем 22) и выходом 29. Управляемый переключатель 23 соединен параллельно с выходными терминалами 28, 29 в узле между катушкой 26 индуктивности и диодом 27. Устройство 24 управления управляет управляемым переключателем 23, чтобы он находился либо в проводящем (включено), либо в непроводящем (выключено) состоянии.

Работа заключается в следующем. Когда переключатель 23 включен, трансформатор обеспечивает ток с растущей величиной, который используется для заряда катушки 26 индуктивности. Когда переключатель 23 выключен, катушка 26 индуктивности обеспечивает на конденсаторе 32 ток с уменьшающейся величиной, вызывая передачу энергии от катушки 26 индуктивности к конденсатору.

Работа устройства будет разъяснена более подробно со ссылкой на фиг.3, которая является графиком, показывающим форму некоторых сигналов. Устройство 24 управления переключает переключатель 23 с относительно высокой частотой (фиг.3, кривая 41). Как должно быть понятно специалисту в области техники, достигаемое выходное напряжение зависит от рабочего цикла этого высокочастотного переключения. Фиг.3 также показывает выходное напряжение трансформатора ET, то есть входное напряжение V_in для входного каскада 20 питания (кривая 42). Ток I_ET, потребляемый от трансформатора (кривая 43), обычно пропорционален току в катушке 26 индуктивности, если только на входе 21 не используется конденсатор фильтра, и тогда пульсации тока катушки индуктивности были бы сглажены в токе трансформатора. Устройство управления может быть настроено таким образом, чтобы обеспечивать пропорциональность выходного тока входному напряжению, но также возможно, что устройство управления настроено таким образом, чтобы поддерживать выходной ток постоянным (хотя, возможно, с определенной степенью высокочастотных пульсаций).

Устройство 24 управления выполнено с возможностью выполнять чередование на относительно низкой частоте между режимом переключения и режимом «выключено», то есть чередовать периоды высокочастотного переключения с периодами, во время которых переключение не происходит, и переключатель 23 остается выключенным. Устройство 24 управления остается в своем режиме переключения в течение первой продолжительности t1 и остается в режиме «выключено» в течение второй продолжительности t2, и, таким образом, общий период переключения T=t1+t2. Рабочий цикл D для этого низкочастотного переключения определен как t1/T.

Что касается трансформатора ET, он нагружается в рабочем цикле D, то есть он выполняет чередование между периодами, в которые он нагружен (t1), и периодами, в которые он не нагружен (t2). Во время периодов, в которые он нагружен (t1), трансформатор ET обеспечивает относительно высокий ток, имеющий величину I_ET, всегда более высокую, чем требования минимальной нагрузки I_min электронного трансформатора. В этом отношении следует отметить, что разные типы трансформаторов могут иметь разные значения требований минимальной нагрузки. Устройство 1 освещения может быть выполнено для совместной работы с определенным типом трансформатора с учетом известных требований минимальной нагрузки, ассоциированных с этим конкретным типом трансформатора, но также возможно, что устройство 1 освещения выполнено для совместной работы с множеством типов трансформаторов, и тогда устройство 1 освещения может принимать во внимание самое высокое значение из набора известных требований минимальной нагрузки, ассоциированных с разными типами трансформаторов.

Как упомянуто выше, входной каскад 20 питания нагружен буферным каскадом. Предположим, что мощность LED определяется в схеме возбуждения LED. Например, схема 40 возбуждения LED имеет пользовательский ввод (не показан) для того, чтобы позволить пользователю регулировать яркость LED 50, или поскольку разные экземпляры и/или типы LED имеют разные требования по току при условиях полной мощности. Что касается схемы 40 возбуждения LED, буфер 30 действует как источник постоянного напряжения, и схема возбуждения действует автономно, как обычно. Следует отметить, что сама схема 40 возбуждения LED может выполнять операцию рабочего цикла, чтобы изменять интенсивность светоотдачи LED (регулировка яркости). Таким образом, может случиться, что мощность, требуемая схемой 40 возбуждения, изменяется. Схема 40 возбуждения LED, таким образом, определяет уровень выхода мощности для буфера 30. В частности, когда светодиод работает в состоянии с уменьшенной яркостью, средняя мощность, потребляемая LED, является низкой, и, таким образом, средняя мощность, взятая из буфера 30, является низкой. Входной каскад 20 питания должен компенсировать это посредством адаптации своего выхода мощности, то есть уровень входа мощности для буфера 30. Критерий для правильной настройки состоит в том, что содержимое буфера сохраняется в среднем постоянным. Это можно оценить посредством измерения напряжения буфера. С этой целью в этом варианте осуществления входной каскад 20 питания может дополнительно содержать датчик 25 напряжения, измеряющий выходное напряжение входного каскада 20 питания, которое в значительной степени соответствует напряжению на конденсаторе 32. В качестве альтернативы также возможно, что буферный каскад 30 питания содержит датчик выходного напряжения, подающий измеряемый сигнал обратно во входной каскад 20 питания. В любом случае устройство 24 управления, которое, например, может быть реализовано как подходящим образом запрограммированный микропроцессор, управляет хронированием переключателя 23 таким образом, чтобы поддерживать измеренное напряжение в значительной степени постоянным, по меньшей мере, в среднем за достаточно большое время, как должно быть понятно специалисту в области техники.

Таким образом, устройство 24 управления адаптирует свой рабочий цикл D таким образом, чтобы поддерживать напряжение в буфере 30, и это означает, что средняя энергия, взятая из трансформатора ET, отслеживает среднюю энергию, потребляемую LED. Следует отметить, что частоты переключения схемы 40 возбуждения и устройства 24 управления и рабочие циклы, применяемые в схеме 40 возбуждения и устройстве 24 управления, являются взаимно независимыми: поведение тока на стороне входа отделено от поведения тока на стороне выхода.

Следует отметить, что устройство управления может применять различные схемы управления для чередования между режимом переключения и режимом «выключено». Например, возможно, что устройство 24 управления принимает решение по переключению своего режима только на основе датчика 25 выходного напряжения: устройство 24 управления входит в режим переключения, когда устройство 24 управления находит, что выходное напряжение упало ниже некоторого предопределенного первого порога, и входит в режим «выключено», когда устройство 24 управления находит, что выходное напряжение достигло некоторого предопределенного второго порога, который выше первого порога; в таком случае изменится полный период T переключения. Однако, предпочтительно, когда устройство 24 управления работает в синхронизации с выходным напряжением трансформатора ET, как показано: устройство 24 управления входит в режим переключения при первом значении фазы, например, при пересечении нуля, и входит в режим «выключено», когда выходное напряжение достигло некоторого предопределенного порога; в таком случае полный период T переключения будет постоянным. Возможно, что устройство 24 управления входит в режим переключения два или более раз во время периода входного напряжения, но предпочтительно, когда устройство 24 управления входит в режим переключения только один раз в течение периода (или во время половины периода) входного напряжения.

Фиг.4 схематично иллюстрирует предпочтительную физическую реализацию блока 100 лампы в соответствии с настоящим изобретением, содержащего первую часть 110 корпуса, в которой располагаются электронные схемы 20, 30, 40 схемы возбуждения и на которой находятся соединительные штыри 111 для присоединения к гнезду, и вторую часть корпуса, содержащую один или более LED.

В приведенном выше разъяснении предполагалось, что электросеть M и электронный трансформатор ET обеспечивают фиксированную мощность, и что яркость LED 50 регулируется схемой 40 возбуждения LED. В таком случае, когда пользователь управляет схемой 40 возбуждения LED, чтобы уменьшить расход энергии LED 50, и, следовательно, уменьшает мощность, требуемую схемой 40 возбуждения 40 LED, управление во входном каскаде 20 питания управляет мощностью, потребляемой входным каскадом 20 питания от источника питания таким образом, чтобы входная мощность устройства освещения была адаптирована к выходной мощности устройства освещения. В условии равновесия среднее количество мощности, переданной от входного каскада 20 питания в буферный каскад 30 питания, равно среднему количеству мощности, переданной от буферного каскада 30 питания в схему 40 возбуждения LED. Однако также возможно использовать известный регулируемый источник питания, так что мощность LED определяется настройкой мощности электросети. В отличие от предыдущего варианта осуществления, скорость ввода мощности для буфера 30 является ведущей и направляется источником питания. В частности, когда источник питания работает в состоянии с уменьшенной мощностью, средняя мощность, подаваемая в буфер 30, является низкой. Схема 40 возбуждения LED должна компенсировать это посредством адаптации мощности, которую она извлекает из буфера, и, следовательно, адаптации своего выхода мощности. Это означает, что выходная мощность LED должна быть адаптирована к мощности, обеспечиваемой на входе. Критерий для правильной настройки состоит в том, что содержимое буфера поддерживается, в среднем, постоянным. Это может быть оценено посредством измерения напряжения буфера. Фиг.5 является блок-схемой, иллюстрирующей вариант осуществления схемы 40 возбуждения LED, обеспечивающей относительно простое решение для этого требования.

В этом варианте осуществления датчик 45 напряжения может быть подсоединен на входе 41 и, таким образом, воспринимает входное напряжение схемы 40 возбуждения, которое в значительной степени соответствует выходному напряжению буферного каскада 30 питания. В качестве альтернативы также возможно, что буферный каскад 30 питания содержит датчик выходного напряжения, подающий измеренный сигнал в схему 40 возбуждения.

Фиг.5 иллюстрирует схему 40 возбуждения LED как понижающий преобразователь, но также возможны другие конфигурации. В показанном варианте осуществления схема 40 возбуждения LED содержит последовательное расположение управляемого переключателя 43 и катушки 46 индуктивности, соединенных между входом 41 и LED 50. Диод 47 соединен параллельно с LED 50 в узле между переключателем 43 и катушкой 46 индуктивности. Управляемым выключателем 43 управляет устройство 44 управления, которое, например, может быть реализовано как подходящим образом запрограммированный микропроцессор, чтобы он находился либо в проводящем (включено), либо в непроводящем (выключено) состоянии. Датчик 45 напряжения формирует измеренный сигнал для устройства 44 управления, который управляет хронированием переключателя 43 таким образом, чтобы поддерживать измеренное напряжение в значительной степени постоянным, по меньшей мере, в среднем в течение достаточно большого времени, как должно быть понятно специалисту в области техники. Поскольку понижающие преобразователи хорошо известны, подробное описание их функционирования здесь опущено. Достаточно сказать, что мощность, полученная из буферного каскада 30 питания, зависит от рабочего цикла, в котором переключается управляемый переключатель 43, и что этот рабочий цикл также определяет средний ток LED и, следовательно, среднюю мощность, подаваемую в LED. В состоянии равновесия, когда рабочий цикл правильно установлен таким образом, что выходное напряжение буферного каскада 30 питания, измеренное датчиком 45 напряжения, является постоянным, мощность, полученная из буферного каскада 30 питания, равна количеству мощности, обеспеченной входным каскадом 20 питания, и количество мощности, поданной в LED, равно (если нет потерь) или, по меньшей мере, пропорционально количеству мощности, обеспеченной источником питания M, ET с уменьшенной мощностью. Фактически яркость LED 50 регулируется посредством регулировки мощности электросети.

Относительно устройства 44 управления следует отметить, что возможны несколько реализаций. Выходное напряжение буферного каскада 30 LED имеет некоторую высокочастотную пульсацию, таким образом, устройство 44 управления может быть снабжено фильтром для фильтрации пульсаций и для обеспечения средней версии выходного напряжения буферного каскада. Также возможно, что устройство 44 управления специальным образом поддерживает минимальные пики или максимальные пики выходного напряжения буферного каскада постоянными. Сам контроллер может иметь любой тип из P, PI, PID или другого линейного контроллера фильтра или нелинейного контроллера. В самой предпочтительной реализации контроллер представляет собой нелинейный контроллер усиления с низким усилением, когда напряжение буфера близко к заданному значению, и с высоким усилением, когда напряжение буфера далеко от заданного значения. Последнее происходит, когда рукоятка регулировки яркости быстро поворачивается, в случае чего требуется быстрый ответ контура управления.

Фиг.6A является блок-схемой, сравнимой с фиг.1, которая схематично иллюстрирует дополнительную разработку устройства 1 освещения, которая особенно полезна в комбинации с вариантом осуществления, обсужденным в отношении фиг.5. Фиг.6B является блок-схемой, сравнимой с фиг.5, которая показывает дополнительные подробности схемы 40 возбуждения LED в этом варианте осуществления, тогда как фиг.6C является блок-схемой, сравнимой с фиг.2, которая показывает больше деталей входного каскада 20 питания в этом варианте осуществления.

Следует отметить, что фиг.6B показывает конфигурацию схемы 40 возбуждения по фиг.5, но это не существенно. Здесь показано, что устройство 44 управления может содержать дифференциальный усилитель, принимающий первое опорное напряжение Vref1 на не инвертирующем входе и принимающий выходной сигнал датчика 45 напряжения на инвертирующем входе. Управление переключателем 43 будет таким, что (в среднем) регистрируемое напряжение будет равно опорному напряжению, следовательно, напряжение буфера будет постоянным. В этом варианте осуществления на фиг.6A-C устройство 1 освещения содержит контур 60 обратной связи, подающий сигнал, представляющий ток LED, обратно во входной каскад 20 питания. Как показано на фиг.6B, контур 60 обратной связи с этой целью включает в себя датчик 61 тока, выполненный с возможностью регистрировать выходной ток LED схемы 40 возбуждения LED и обеспечивать выходной сигнал датчика на шину 62 регистрации. Как показано на фиг.6C, шина 62 регистрации соединена с входом устройства 24 управления.

Устройство 24 управления выполнено с возможностью управлять переключателем 23 таким образом, что средний входной ток входного каскада 20 питания, потребляемый из источника питания (то есть электронного трансформатора ET), является в значительной степени постоянным. Заданное значение для этого тока предопределено и хранится в компоненте памяти устройства 24 управления на основе факторов, имеющих отношение к номинальным условиям работы LED 50 (или множества LED), для которого разработано устройство 1. Если яркость LED не уменьшена, светодиод работает в номинальных условиях работы, которые также можно назвать "полной мощностью". При этом условии "полной мощности" LED 50 требует некоторого номинального тока LED и потребляет некоторую номинальную мощность. Предполагая для простоты, что нет потерь, эта номинальная мощность LED в равновесии должна быть равна (средней) входной мощности, полученной входным каскадом 20 питания от источника питания. Однако, хотя устройство 24 управления может определить входной ток входного каскада 20 питания, входное напряжение определяется выходным напряжением источника питания (то есть электронного трансформатора ET). Практически, выходные напряжения отдельных экземпляров таких источников, даже когда они имеют один и тот же тип, могут различаться в пределах некоторого допуска и даже могут изменяться в зависимости от времени и/или условий работы, таких как температура. Следовательно, входная мощность может зависеть от источника питания в пределах некоторого диапазона допуска. Без контура 60 обратной связи это могло бы легко перевести как изменения мощности LED, особенно в таком варианте осуществления, который проиллюстрирован на фиг.5. В варианте осуществления по фиг.6A-6C устройство 24 управления может компенсировать такие допуски источника питания посредством установки рабочего заданного значения для среднего входного тока входного каскада 20 питания на основе измеренного тока LED таким образом, что ток LED остается постоянным (равным опорному значению, сохраненному в компоненте памяти устройства 24 управления). Другими словами, при игнорировании потерь входной ток адаптируется к входному напряжению таким образом, что входная мощность равна выходной мощности. На фиг.6C устройство 24 управления иллюстративно показано как содержащее дифференциальный усилитель 24a, принимающий шину 62 регистрации на свой инвертирующий вход. Упомянутое заданное значение представлено как опорный сигнал Vref2, поданный на не инвертирующий вход усилителя. Игнорируя блок 24b, который будет рассмотрен позже, управление переключателем 23 будет таким, что (в среднем) воспринимаемый ток будет равен заданному значению, представленному как Vref2.

Должно быть понятно, что эффект состоит в том, что выход LED независим от среднего напряжения источника питания, даже если мощность питания будет регулироваться. Это не является проблемой в случаях, когда возможность регулировки яркости не применяется. Чтобы объединить преимущество компенсации допуска с преимуществом возможности регулировки яркости, устройство 24 управления может быть выполнено с возможностью иметь ограниченный диапазон свободы для установки рабочего заданного значения для среднего входного тока, например, между плюс и минус 10% от предопределенного фиксированного заданного значения. В результате, LED будет "подчиняться" преднамеренной регулировке яркости посредством источника питания с "задержкой" в зависимости от упомянутого диапазона. Например, предположим, что при условии полной мощности электронный трансформатор ET обеспечивает выходное напряжение на 5% выше, чем номинальное значение конфигурации. Устройство 24 управления компенсирует его, понижая заданное значение входного тока на 5% относительно предопределенного фиксированного заданного значения. Теперь предположим, что мощность электронного трансформатора ET уменьшена. Устройство 24 управления отвечает увеличением заданного значения входного тока, с тем, чтобы выходная мощность LED осталась постоянной. Когда мощность электронного трансформатора ET уменьшена на 15%, заданное значение выходного тока на 10% выше, чем предопределенное фиксированное заданное значение. Только когда мощность электронного трансформатора ET уменьшается далее, заданное значение входного тока поддерживается постоянным (на 10% выше, чем предопределенное фиксированное заданное значение), и выходная мощность LED уменьшается.

В итоге, настоящее изобретение обеспечивает устройство 1 освещения, содержащее:

по меньшей мере, один источник 50 света низкой мощности;

входной каскад 20 питания, подходящий для приема низкого переменного напряжения от электронного трансформатора ET;

буферный каскад 30 питания, имеющий вход 31, соединенный с выходом 29 входного каскада;

схему 40 возбуждения для возбуждения источника света и приема электропитания от буферного каскада питания.

Входной каскад питания формирует импульсы выходного тока для зарядки буферного каскада питания на относительно низкой частоте, и в течение каждого импульса выходного тока входной каскад питания потребляет входной ток, входной поток всегда имеет величину тока выше, чем требования минимальной нагрузки электронного трансформатора.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, специалисту в области техники должно быть понятно, что такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления; напротив, несколько изменений и модификаций возможны в защитном объеме изобретения, заданном в приложенной формуле изобретения.

Например, входной каскад 20 питания и буферный каскад 30 питания могут быть объединены в один блок.

Кроме того, возможно иметь вариант осуществления, в котором осуществлен механизм управления, показанный на фиг.5 и 6, а также механизм управления, показанный на фиг.3, хотя во время работы один механизм может получить более высокий приоритет, чем другой, например, посредством пользовательского выбора.

Кроме того, хотя изобретение было описано для случая LED, принципы настоящего изобретения также полезны при обеспечении питания любого источника света низкой мощности от низковольтного трансформатора.

Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть понятны и осуществлены специалистами в области техники при применении на практике заявленного изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержит" не исключает другие элементы или этапы, и использование единственного числа не исключает множество. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, описанных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые средства описаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих средств не может выгодно использоваться. Любые обозначения для ссылок в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема.

Настоящее изобретение было разъяснено выше со ссылкой на блок-схемы, которые иллюстрируют функциональные блоки устройства в соответствии с настоящим изобретением. Следует понимать, что один или более из этих функциональных блоков могут быть реализованы в аппаратных средствах, причем функция такого функционального блока выполняется отдельными компонентами аппаратных средств, но также возможно, что один или более из этих функциональных блоков реализованы в программном обеспечении, и, таким образом, функция такого функционального блока выполняется одним или более программными потоками компьютерной программы или программируемого устройства, такого как микропроцессор, микроконтроллер, процессор цифровых сигналов и т.д.

Claims

1. Устройство (1) освещения, содержащее:
по меньшей мере, один источник (50) света низкой мощности;
входной каскад (20) питания, имеющий выход (29) и имеющий вход (21), подходящий для приема переменного тока низкого напряжения от электронного трансформатора (ЕТ), причем электронный трансформатор (ЕТ) имеет требования минимальной нагрузки (I_min);
буферный каскад (3 0) питания, имеющий вход (31) и выход (39) мощности, причем вход (31) буферного каскада соединен с выходом (29) входного каскада;
схему (40) возбуждения для возбуждения источника (50) света, причем схема возбуждения имеет вход (41) питания, соединенный с выходом (39) питания буферного каскада, чтобы принимать электропитание от буферного каскада (30) питания;
причем входной каскад (20) питания выполнен с возможностью выполнять чередование на относительно низкой частоте между режимом формирования тока для формирования выходного тока, чтобы зарядить буферный каскад (30) питания, и режимом «выключено», во время которого выходной ток не формируется;
причем в режиме формирования тока входной каскад (20) питания выполнен с возможностью потреблять входной ток, при этом входной ток всегда имеет величину тока выше, чем упомянутое требование минимальной нагрузки.

2. Устройство освещения по п. 1, в котором, по меньшей мере, один источник (50) света низкой мощности содержит светоизлучающий диод (LED), и/или в котором буферный каскад (30) питания обеспечивает в значительной степени постоянное выходное напряжение, и/или в котором буферный каскад (30) питания содержит, по меньшей мере, один конденсатор (32).

3. Устройство освещения по п. 1, в котором схема (40) возбуждения выполнена с возможностью возбуждения источника (50) света постоянным током, причем дополнительно:
схема (40) возбуждения может быть выполнена с возможностью регулировки яркости источника (50) света посредством изменения величины постоянного тока;
и/или
схема (40) возбуждения может быть выполнена с возможностью формировать импульсный ток лампы всегда одной и той же величины, причем схема (40) возбуждения выполнена с возможностью регулировать яркость источника (50) света посредством изменения рабочего цикла импульсов тока.

4. Устройство освещения по п. 1, в котором входной каскад (20) питания содержит преобразователь с переключаемыми режимами.

5. Устройство освещения по п. 4, в котором входной каскад (20) питания содержит повышающий преобразователь, понижающе-повышающий преобразователь или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC).

6. Устройство освещения по п. 4, в котором входной каскад (20) питания выполнен с возможностью переключаться из режима формирования тока в режим «выключено» и/или из режима «выключено» в режим формирования тока в синхронизации с входным напряжением, принятым на его входе (21).

7. Устройство освещения по п. 4 или 6, в котором входной каскад (20) питания дополнительно обеспечен датчиком (25) для измерения напряжения буферного каскада (30), и в котором входной каскад (20) питания выполнен с возможностью переключаться из режима формирования тока в режим «выключено» и/или из режима «выключено» в режим формирования тока в ответ на измеряемый сигнал от датчика (25).

8. Устройство освещения по п. 7, дополнительно содержащее устройство (24) управления для управления переключением входного каскада (20) питания таким образом, чтобы поддерживать измеренное напряжение буфера, в среднем, в значительной степени постоянным.

9. Устройство освещения по п. 4, в котором в режиме формирования тока преобразователь переключается на относительно высокой частоте.

10. Устройство освещения по п. 1, в котором схема (40) возбуждения содержит средство (44, 45) управления током LED, выполненное с возможностью управлять током LED таким образом, что выходное напряжение буферного каскада (30) остается в значительной степени постоянным.

11. Устройство освещения по п. 10, в котором устройство дополнительно содержит контур (60) обратной связи по току LED, подающий обратно во входной каскад (20) питания сигнал, указывающий ток LED, причем входной каскад (20) питания содержит средство (24) управления входным током, принимающее упомянутый сигнал и выполненное с возможностью управлять входным током входного каскада (20) питания таким образом, что ток LED не зависит от изменений напряжения питания.

12. Устройство освещения по п. 11, в котором упомянутое средство (24) управления входным током выполнено с возможностью компенсировать изменения напряжения питания только в пределах предопределенного диапазона допуска.

13. Блок (100) лампы, содержащий цельный корпус (110, 120), несущий соединительные терминалы (111) и вмещающий устройство освещения в соответствии с любым из предыдущих пунктов.

14. Способ возбуждения источника (50) света, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают входной каскад (20) питания, имеющий выход (29) и имеющий вход (21), подходящий для приема переменного тока низкого напряжения от электронного трансформатора (ЕТ), причем электронный трансформатор (ЕТ) имеет минимальные требования нагрузки (I_min); причем входной каскад (20) питания выполнен с возможностью выполнять чередование на относительно низкой частоте между режимом формирования тока для формирования тока выхода, чтобы зарядить буферный каскад (30) питания, и режимом «выключено», во время которого выходной ток не формируется; и причем в режиме формирования тока входной каскад (20) питания выполнен с возможностью потреблять входной ток, при этом входной ток всегда имеет величину тока выше, чем упомянутые минимальные требования нагрузки;
обеспечивают буферный каскад (30) питания, имеющий вход (31) и выход (39) мощности, причем вход (31) буферного каскада соединен с выходом (29) входного каскада;обеспечивают схему (40) возбуждения для возбуждения источника (50) света, причем схема возбуждения имеет вход (41) мощности, соединенный с выходом (39) буферного каскада питания, чтобы принимать питание от буферного каскада (30) питания, при этом выход схемы (40) возбуждения присоединен к источнику (50) света;
обеспечивают возможность схемы (40) возбуждения определять средний ток LED;
адаптируют управление входного каскада (20) питания таким образом, что, в среднем, содержимое буфера (30) питания остается постоянным.

15. Способ возбуждения источника (50) света, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают входной каскад (20) питания, имеющий выход (29) и имеющий вход (21), подходящий для приема переменного тока низкого напряжения от электронного трансформатора (ET), причем электронный трансформатор (ET) имеет минимальные требования нагрузки (I_min); причем входной каскад (20) питания выполнен с возможностью выполнять чередование на относительно низкой частоте между режимом формирования тока для формирования выходного тока, чтобы зарядить буферный каскад (30) питания, и режимом «выключено», во время которого выходной ток не формируется; причем в режиме формирования тока входной каскад (20) питания выполнен с возможностью потреблять входной ток, при этом входной ток всегда имеет величину тока выше, чем упомянутые минимальные требования нагрузки;
обеспечивают буферный каскад (30) питания, имеющий вход (31) питания и выход (39) питания, причем вход (31) буферного каскада соединен с выходом (29) входного каскада;
обеспечивают схему (40) возбуждения для возбуждения источника (50) света, причем схема возбуждения имеет вход (41) питания, соединенный с выходом (39) питания буферного каскада, чтобы принимать электропитание от буферного каскада (30) питания, при этом выход схемы (40) возбуждения присоединен к источнику (50) света;
обеспечивают возможность входному каскаду (20) питания определять средний ток LED;
адаптируют управление схемой (40) возбуждения таким образом, что, в среднем, содержимое буфера (30) питания остается постоянным.