FI129858B - Itsesäätyvä virtalähde ja menetelmä itsesäätyvän virtalähteen lähdön säätämiseksi - Google Patents

Abstract

Itsesäätyvässä virtalähteessä (601, 901) led-valonlähdettä varten on käyttötehotulo (602, 603) ja valaistuslähtö (604, 605, 904, 905) ja niiden välillä konvertteri (606, 906) syöttöjännitteen ja syöttövirran tuottamiseksi käyttötehosta. Lisäksi siinä on jännitteen säätövälineet (607, 907), virran säätövälineet (608, 908) ja ohjausyksikkö (609, 909), joka ohjaa mainittuja jännitteen ja virran säätövälineitä (607, 608, 907, 908). Ohjausyksikkö (609, 909) on järjestetty muuttamaan (701, 802) syöttöjännitettä hallitusti sen havaitsemiseksi, miten led-valonlähteen toimintajännitealue sijoittuu, ja mittaamaan (703, 803, 806) syöttövirran arvoa toimintajännitealueella. Se päättelee (702,704) syöttövirran nimellisen maksimiarvon ainakin osittain syöttövirran arvon mittauksen perusteella ja asettaa (705) päätellyn syöttövirran nimellisen maksimiarvon syöttövirran ohjearvoksi.

Description

ITSESÄÄTYVÄ VIRTALÄHDE JA MENETELMÄ ITSESÄÄTYVÄN VIRTA-

LÄHTEEN LÄHDÖN SÄÄTÄMISEKSI — KEKSINNÖN ALA Keksintö koskee yleisesti virtalähteitä, joita käytetään led-valonlähteiden syöttämiseen. Erityisesti keksintö koskee virtalähdettä, joka pystyy automaatti- sesti säätämään lähtönsä niin, että lähdöstä led-valon- lähteelle johdettavat syöttöjännite ja -virta sopivat kulloinkin käytössä olevalle määrälle ledejä esimer- kiksi valonlähteenä toimivassa led-nauhassa.

KEKSINNÖN TAUSTA Valodiodeja eli ledejä käytetään yleisesti va- laisuun. Led-termi kattaa yleisesti kaikki valonläh- teet, jossa valon syntymisen mekanismi on elektronien ja aukkojen rekombinaatio puolijohderajapinnassa. Eräs paljon käytetty tapa on kiinnittää ledit pitkään nau- haan, joka on mahdollista katkaista sopivan pituiseksi pätkäksi kulloiseenkin tarpeeseen.

Kuva 1 esittää pätkää led-nauhasta 101. Nauhan pituussuunnassa kulkevat syöttöjohtimet 102 ja 103. Le- dit muodostavat syöttöjohdinten välille ketjuja, joissa on vakiomäärä sarjaan kytkettyjä ledejä. Kullakin täl- laisella ketjulla voi lisäksi olla oma etuvastus, joka N rajoittaa kyseisen ketjun kautta kulkevaa virtaa. Kuvan N 1 led-nauhassa kuhunkin ketjuun kuuluu neljä lediä, 3 joista esimerkkinä ovat ledit 104, 105, 106 ja 107. D 30 Esimerkki etuvastuksesta on esitetty viitenumerolla Ek 108. Tällaista led-ketjua voidaan kutsua myös haaraksi. + Kuvan 1 mukainen led-nauha on mahdollista katkaista = minkä tahansa katkoviivan 109 kohdalta. Sallitut kat- = kaisukohdat on sijoitettu led-nauhaan niin, että kat- S 35 kaistussa led-nauhassa on aina vain kokonaisia ketjuja eli haaroja.

Kuvassa 2 virtalähde 201 on kytketty syöttämään kuvan 1 mukaista led-nauhaa. Etuvastusten symbolit on jätetty pois yksinkertaisuuden vuoksi. Virtalähteen 201 ylläpitämä syöttöjännite on Uin ja syöttövirta Iin. Koska kaikki led-haarat ovat keskenään samanlaisia, jokaisen niistä yli vaikuttaa sama jännite U:;n ja jokaisen läpi kulkee virta, jonka suuruus on Ii, jaettuna rinnakkais- ten haarojen lukumäärällä. Kuvassa 3 virtalähde 201 on kytketty syöttämään sellaista led-nauhaa, jossa kunkin haaran pituus on kolme sarjaan kytkettyä lediä. Led-nauhasta voi myös olla katkaistuna eri pituinen pätkä eli teholähteen syö- tettävänä voi olla eri lukumäärä haaroja kuin kuvassa

2. On selvää, että jos yksittäisen ledin halutaan lois- tavan yhtä kirkkaasti kummassakin tapauksessa, sekä syöttöjännitteen Uin että syöttövirran Ii, on oltava eri suuruiset kuvassa 3 kuin kuvassa 2. Periaatteessa on mahdollista valmistaa kaikki led-nauhat sellaisiksi, että ledit loistavat täydellä kirkkaudella aina tietyllä vakioidulla syöttöjännit- teellä, esim. 12 V tai 24 V, riippumatta led-nauhan pituudesta. Tämä tehdään valitsemalla led-haarojen le- dien määrä ja kynnysjännite sekä etuvastusten resis- tanssi sopivasti. Ledeille on kuitenkin tyypillistä, että niiden säätäminen tarkasti haluttuun kirkkauteen on helpompaa säätämällä virtaa kuin jännitettä. Lisäksi etuvastuksissa tapahtuva tehohäviö tuottaa turhaa huk- N kalämpöä. Usein on edullisinta antaa virtalähteen läh- N töjännitteen hakeutua suhteellisen vapaasti siihen ar- 3 30 wvoon, joka vastaa sarjaan kytkettyjen ledien kynnysjän- 2 nitteiden (ja mahdollisessa etuvastuksessa tapahtuvan z jännitehäviön) summaa, ja säätää ledien kirkkautta sää- + tämällä vain virtalähteen tuottamaa virtaa. = Led-nauhan tapauksessa tämä lähestymistapa on = 35 kuitenkin ongelmallinen, koska se edellyttäisi, että S virtalähteelle toimitettaisiin tieto siitä, kuinka monta led-haaraa kulloinkin syötettävässä led-nauhan pätkässä on eli minkä pituiseksi led-nauha on katkaistu. Tämän tiedon perusteella virtalähde osaisi valita tuot- tamansa syöttövirran arvoksi sen, joka on haluttu yhden led-haaran virta kerrottuna nauhan pituudella (eli haa- rojen lukumäärällä).

Käyttäjän kannalta olisi huomattavasti yksin- kertaisempaa, jos virtalähde pystyisi automaattisesti mukauttamaan tuottamansa jännitteen ja virran kulloin- kin sen led-nauhan piirteisiin, jota syöttämään se on kytketty.

KEKSINNÖN YHTEENVETO Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää itsesäätyvä virtalähde ja menetelmä sen lähdön säätä- miseksi niin, että virtalähde pystyy automaattisesti mukauttamaan tuottamansa jännitteen ja virran kullonkin sen led-nauhan piirteisiin, jota syöttämään se on kyt- ketty. Led-nauhan piirteillä tarkoitetaan tällöin eri- tyisesti sitä, kuinka monta lediä sen sisältämissä haa- roissa on kytkettynä sarjaan ja kuinka monta tällaista haaraa on kytkettynä rinnan.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan rakentamalla ja ohjelmoimalla virtalähde niin, että se pystyy etsi- mään siihen kytketyn led-valonlähteen toimintajännite- alueen, mittaamaan led-valonlähteen ottamaa virtaa ky- seisellä toimintajännitealueella ja käyttämään näitä - mittauksia syöttövirran ohjearvon asettamiseen. N Keksinnön ensimmäisen näkökohdan mukaisesti N tässä esitetään itsesäätyvä virtalähde led-valonläh- = 30 dettä varten. Virtalähteessä on käyttötehotulo käyttö- A tehon vastaanottamiseksi, valaistuslähtö syöttöjännit- E teen ja syöttövirran toimittamiseksi valaistuslähtöön o kytkettävälle led-valonlähteelle ja käyttötehotulon ja & valaistuslähdön välillä konvertteri mainittujen syöttö- N 35 jännitteen ja syöttövirran tuottamiseksi mainitusta N käyttötehosta. Virtalähteessä on myös jännitteen säätö- välineet mainitun syöttöjännitteen arvon säätämiseksi,

virran säätövälineet mainitun syöttövirran arvon säätä- miseksi ja ohjausyksikkö, joka on järjestetty ohjaamaan mainittuja jännitteen ja virran säätövälineitä.

Ohjaus- yksikkö on järjestetty muuttamaan syöttöjännitettä hal- litusti sen havaitsemiseksi, miten led-valonlähteen toimintajännitealue sijoittuu, ja mittaamaan syöttövir- ran arvoa toimintajännitealueella.

Ohjausyksikkö on myös järjestetty päättelemään syöttövirran nimellinen maksimiarvo ainakin osittain mainitun, toimintajännite- alueella tehdyn syöttövirran arvon mittauksen perus- teella ja asettamaan päätelty syöttövirran nimellinen maksimiarvo syöttövirran ensimmäiseksi ohjearvoksi.

Frään suoritusmuodon mukaan ohjausyksikkö on järjestetty tekemään edellä luetellut vaiheet vasteena päälle kytkemiseen.

Tällä saavutetaan se etu, että vir- talähde pystyy aina mukautumaan kulloiseenkin kuormaan, vaikka kuorma olisi vaihtunut sillä välin, kun virta- lähde on ollut pois päältä.

Frään suoritusmuodon mukaan virtalähteessä on ohjaustulo ohjauskomentojen vastaanottamiseksi ja oh- jausyksikkö on järjestetty muuttamaan mainittuun va- laistuslähtöön syötettävän syöttöjännitteen ja/tai syöttövirran arvoa vasteena ohjaustulon kautta vastaan- otettuun ohjauskomentoon.

Tällä saavutetaan se etu, että virtalähde saadaan toimimaan optimaalisesti koko säätö- alueella riippumatta siitä, kuinka pitkään led-nauhaan se on kytketty.

N Erään suoritusmuodon mukaan ohjausyksikkö on N järjestetty muuttamaan valaistuslähtöön syötettävän 3 30 syöttövirran arvoa mainitun ensimmäisen ohjearvon ja > sitä pienempien arvojen välillä vasteena ohjaustulon z kautta vastaanotettuihin himmennyskomentoihin.

Talla * saavutetaan se etu, että virtalähde saadaan toimimaan = optimaalisesti koko himmennysalueella riippumatta = 35 siitä, kuinka pitkään led-nauhaan se on kytketty.

S Frään suoritusmuodon mukaan mainittu valais- tuslähtö on ensimmäinen valaistuslähtö ensimmäisen syöttöjännitteen ja ensimmäisen svyöttövirran toimitta- miseksi siihen kytkettävälle ensimmäiselle led-valon- lähteelle. Virtalähteessä voi olla lisäksi toinen va- laistuslähtö toisen syöttöjännitteen ja toisen syöttö- 5 virran toimittamiseksi siihen kytkettävälle toiselle led-valonlähteelle. Tällöin ohjausyksikkö voi olla jär- jestetty tekemään edellä luetellut vaiheet kummallekin valaistuslähdölle. Tällä saavutetaan se etu, että vir- talähde pystyy ajamaan optimaalisesti ainakin kahta eri led-valonlähdettä.

Keksinnön toisen näkökohdan mukaisesti tässä esitetään menetelmä itsesäätyvän virtalähteen lähdön säätämiseksi. Menetelmässä tuotetaan syöttöjännite ja syöttövirta led-valonlähdettä varten. Siinä muutetaan mainittua syöttöjännitettä hallitusti sen havaitse- miseksi, miten mainitun led-valonlähteen toimintajänni- tealue sijoittuu, ja mitataan mainitun syöttövirran ar- voa mainitulla toimintajännitealueella. Lisäksi mene- telmässä päätellään mainitun syöttövirran nimellinen maksimiarvo ainakin osittain mainitun, toimintajännite- alueella tehdyn syöttövirran arvon mittauksen perus- teella ja asetetaan päätelty syöttövirran nimellinen maksimiarvo syöttövirran ensimmäiseksi ohjearvoksi.

Frään suoritusmuodon mukaan mainittua ensim- mäistä ohjearvoa käytetään mainitun led-valonlähteen saamiseksi loistamaan täydellä kirkkaudella. Tällä saa- vutetaan se etu, että oikean kirkkauden saavuttamiseksi N ei tarvita virtalähteen erillistä ohjelmointia kutakin N eri kuormaa varten.

3 30 Frään suoritusmuodon mukaan mainitun ensimmäi- > sen ohjearvon asettamisen jälkeen vastaanotetaan him- z mennyskomentoja ja muutetaan mainitun syöttövirran ar- + voa mainitun ensimmäisen ohjearvon ja sitä pienempien = arvojen välillä vasteena ohjaustulon kautta vastaan- = 35 otettuihin himmennyskomentoihin. Tällä saavutetaan se S etu, että virtalähde saadaan toimimaan optimaalisesti koko himmennysalueella riippumatta siitä, kuinka pit- kään led-nauhaan se on kytketty.

KUVALUETTELO Kuva 1 esittää tekniikan tason mukaisen led- nauhan pätkää, kuva 2 esittää tekniikan tason mukaista virta- lähdettä, johon on kytketty tietyt piirteet omaava led- nauha, kuva 3 esittää samaa virtalähdettä, johon on kytketty tietyt toiset piirteet omaava led-nauha, kuva 4 esittää eräitä led-nauhojen ominaiskäy- riä, kuva 5 esittää eräitä muita led-nauhojen omi- naiskäyriä, kuva 6 esittää erästä itsesäätyvää virtaläh- dettä, kuva 7 esittää erästä menetelmää virtalähteen lähdön säätämiseksi, kuva 8 esittää erästä menetelmävaiheiden suo- ritusjärjestystä ja kuva 9 esittää erästä itsesäätyvää virtaläh- dettä.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS Mahdollisuuksia itsesäätyvän virtalähteen to- 5 teuttamiseksi tutkittiin tekemällä jännite-virta-mit- < tauksia led-verkoilla, jotka oli tehty muistuttamaan se erityyppisiä led-nauhoja. Kuva 4 esittää käyriä, jotka o 30 saatiin erään tällaisen mittauksen tuloksena. > Mitattavina oli kuusi erilaista led-verkkoa. & Kunkin led-verkon perusosa oli led-haara, jossa oli sar- 2 jaan kytkettyinä 15 lediä ja niille yhteinen etuvastus. 0 Verkot erosivat toisistaan sen suhteen, kuinka monta S 35 tällaista led-haaraa niissä oli kytkettyinä rinnan. Ku- N vassa 4 käyrä 401 kuvaa mittausta led-verkossa, jossa oli vain yksi led-haara. Käyrän 402 led-verkossa oli kaksi, käyrän 403 led-verkossa kolme, käyrän 404 led- verkossa neljä, käyrän 405 led-verkossa viisi ja käyrän 406 led-verkossa kuusi samanlaista led-haaraa rinnan.

Mittauksessa kukin led-verkko kytkettiin vuo- rollaan virtalähteeseen, jonka tuottamaa syöttöjänni- tettä voitiin säätää ja syöttövirtaa mitata. Kuvassa 4 vaaka-akseli kuvaa virtalähteen tuottamaa syöttöjänni- tettä voltteina ja pystyakseli kuvaa syöttövirtaa mil- liampeereina. Syöttöjännite asetettiin aluksi nollaan ja sitä kasvatettiin siitä mitaten samalla syöttövirran arvoa. Kuten käyristä 401-406 nähdään, syöttövirta pysyi nollassa, kunnes syöttöjännitteen arvo oli noin 36 V. Tämä oli odotettavissa, koska mittauksen kohteena ol- leissa led-verkoissa käytettyjen ledien kynnysjännit- teen arvo oli noin 2,4 V eli tätä pienemmillä myötäsuun- taisen jännitteen arvoilla kyseiset ledit eivät johda virtaa. Kokonaisen, 15 lediä sarjassa sisältävän led- haaran kynnysjännite on tällöin 15 x 2,4 V = 36 V.

Kyseisten ledien valmistajan ilmoittama suosi- tellun virran maksimiarvo on 65 mA. Svyöttöjännitteen arvoa kasvatettiin 36 V:sta niin paljon, että mittauksen kohteena olleen led-verkon yksittäisessä haarassa kul- keva virta saavutti tämän arvon. Led-haarat olivat kes- kenään samanlaisia ja rinnankytkennän ansiosta niiden yli vaikutti sama jännite. Näin ollen mittauksen anta- mista käyristä näkyy selvästi, miten kaksi- tai useam- N pihaaraisten led-verkkojen jännite-virta-käyrät 402-406 N ovat skaalattuja versioita vyksihaaraisen led-verkon 3 30 kayrasta 401. Skaalauskerroin on kussakin tapauksessa > led-haarojen lukumäärä, eli esimerkiksi kolmehaaraisen Ek led-verkon mittausta kuvaava käyrä 403 on korkeudeltaan * kolminkertaiseksi venytetty versio yhden led-haaran = mittauskayrasta 401. = 35 Kuvassa 5 on samaan koordinaatistoon piirret- S tyinä kaksi käyräparvea. Oikeanpuoleinen, erityisesti alueella 501 erottuva käyrien parvi on sama kuin kuvassa

4. Vasemmanpuoleinen, erityisesti alueella 502 erottuva käyrien parvi edustaa mittausta, jossa kohteena oli kuusi muuten samanlaista led-verkkoa kuin edellä, mutta kussakin led-verkossa kukin led-haara sisälsi vain 13 lediä sarjaan kytkettyinä. Kuvasta nähdään, että tämän muutoksen seurauksena käyräparvi vain siirtyy koordi- naatistossa vasemmalle kahden ledin kynnysjännitteen (2 Xx 2,4 V= 4,8 V) verran, mutta pysyy muuten samanlaisena. Kuvista 4 ja 5 nähdään myös, että mittauksen kohteena olleiden led-verkkojen toimintajännitealueen leveys oli aina sama hiukan alle 10 V (36-45,5 V kun haarassa oli 15 lediä, 31,5-41 V kun haarassa oli 13 lediä) riippumatta siitä, kuinka monta led-haaraa oli kytkettynä rinnan tai kuinka monta lediä kussakin haa- rassa oli kytkettynä sarjaan. Tässä esitetyt mittaukset ovat ote laajemmasta mittaussarjasta, jossa mitattiin kaikkiaan 14 eripituisista haaroista koostuvaa led- verkkoa, joista kussakin oli 1-6 tällaista led-haaraa kytkettyinä rinnan. Mittaussarja vahvisti havainnot, joiden mukaan jännite-virtakäyrän sijainti jänniteakse- lilla riippuu käytännössä vain ledien lukumäärästä yk- sittäisessä led-haarassa ja sen korkeus pystysuunnassa riippuu vain rinnan kytkettyjen led-haarojen lukumää- rästä.

Näistä havainnoista voidaan tehdä se tärkeä johtopäätös, että itsesäätyvän virtalähteen on mahdol- lista tunnistaa siihen kytketyn led-nauhan piirteet te- N kemällä tietyt syöttöjännitteen muutokseen liittyvät N mittaukset. 3 30 Kuva 6 esittää kaavamaisesti erästä itsesääty- > vää virtalähdettä 601 led-valonlähdettä varten. Virta- Ek lähteessä on kahdesta navasta 602 ja 603 muodostuva + käyttötehotulo käyttötehon vastaanottamiseksi ja niin = ikään kahdesta navasta 604 ja 605 muodostuva valaistus- = 35 lähtö, jota voidaan käyttää syöttöjännitteen ja syöttö- S virran toimittamiseksi valaistuslähtöön kytkettävälle led-valonlähteelle. Käyttötehotulo voi olla esimerkiksi tuloliitäntä, jonka välityksellä virtalähde 601 on lii- tettävissä sähköverkkoon, joka voi olla esimerkiksi ra- kennuksen tai ulkoalueen vaihtojänniteverkko, ajoneuvon tasajänniteverkko tai muu vastaava, sähkön jakelemiseen laitteille tarkoitettu verkko. Käyttötehotulon ei ole pakko olla ulkoinen tuloliitäntä, vaan se voi olla (tai siihen voi osana kuulua) liitäntä sisäiselle teholäh- teelle kuten paristolle tai akulle. Virtalähteessä 601 on käyttötehotulon ja va- laistuslähdön välillä konvertteri 606, jolla virtalähde voi tuottaa edellä mainitut syöttöjännitteen ja syöttö- virran käyttötehosta, jonka se vastaanottaa käyttöteho- tulon kautta. Konvertterin 606 sisäinen toteutus ei ole tämän selostuksen kannalta oleellinen, kunhan sen tuot- tamat jännite ja virta ovat säädettävissä. Tätä havain- nollistavat kuvassa 6 säädettävän jännitelähteen piir- rosmerkki 607 ja säädettävän virtalähteen piirrosmerkki 608, jotka on esitetty osana konvertteria 606. Säädet- tävän jännitelähteen 607 ja säädettävän virtalähteen 608 edustamia toimintoja voidaan nimittää yleisesti jännit- teen säätövälineiksi ja virran säätövälineiksi, joilla virtalähteestä 606 led-valonlähteeseen johdettavan syöttöjännitteen ja -virran arvoa on mahdollista säätää. Konvertteri 606 voi sisältää esimerkiksi yhden tai use- ampia tasasuuntaimia, muuntajia, DC/DC-muuntimia, suo- dattimia ja/tai muita, sinänsä tunnettuja sähköisiä ra- kenneosia.

N Virtalähteessä 601 on lisäksi ohjausyksikkö N 609, joka on järjestetty ohjaamaan virtalähteeseen kuu- 3 30 luvia jännitteen säätövälineitä 607 ja virran säätövä- 2 lineitä 608. Ohjausyksikkö 609 voi olla tai siihen voi Ek kuulua esimerkiksi jokin ohjelmoitava piiri kuten mik- + roprosessori tai mikrokontrolleri sekä sellaiset = muisti-, I/O-rajapinta- ja muut toiminnot, jotka mah- = 35 dollistavat seuraavassa kuvattavat toiminnot. Ohjausyk- S sikön 609 yksityiskohtainen rakenne tai toteutus eivät ole esillä olevan asian kannalta merkittäviä. Kuvassa 6 ohjausyksikölle 609 on järjestetty mahdollisuus mitata sen syöttöjännitteen ja sen syöttövirran suuruutta, jotka virtalähde tuottaa valaistuslähtöön.

Näitä mit- tauksia on kaavamaisesti esitetty viitenumeroilla 610 ja 611. Kuva 7 esittää kaavamaisesti eräitä toimin- toja, jotka ohjausyksikkö 609 on järjestetty tekemään.

Lohko 701 on eräs esimerkki siitä, miten ohjausyksikkö 609 on järjestetty muuttamaan led-valonlähteelle joh- dettavaa syöttöjännitettä hallitusti sen havaitse- miseksi, miten led-valonlähteen toimintajännitealue si- joittuu.

Tässä tekstissä toimintajännitealueella tar- koitetaan jännitealuetta, jolla led-valonlähde tuottaa valoa.

Toimintajännitealueen alaraja on jännite, jolla led-valonlähteen ledit juuri ja juuri alkavat johtaa virtaa, jolloin myös niiden sisältämässä puolijohdera- japinnassa tapahtuva elektronien ja aukkojen rekombi- naatio alkaa tuottaa havaittavissa olevan määrän valoa.

Toimintajännitealueen yläraja on jännite, jolla ledien läpi kulkeva virta saavuttaa sille määritellyn maksi- miarvon, joka voi olla esimerkiksi ledien valmistajien määrittämä suurin virta-arvo, jonka led kestää vaurioi- tumatta tai kuumentumatta liikaa siinä käyttöympäris- tössä, johon se on tarkoitettu.

Edellä mainittu sen havaitseminen, miten led- valonlähteen toimintajännitealue sijoittuu, ei välttä- mättä edellytä koko toimintajännitealueen selvittä- N mistä.

Etenkin toimintajännitealueen ylärajan löytämi- N nen pelkästään syöttöjännitettä kasvattamalla ja syöt- 3 30 tövirran arvoa mittaamalla voi olla vaikeaa tai mahdo- 2 tonta, koska tässä vaiheessa tyypillisesti ei vielä ole z tietoa siitä, kuinka monta led-haaraa led-valonläh- * teessä on kytkettyinä rinnan eli kuinka moneen osaan = virtalähteen tuottama syöttövirta jakautuu kulkiessaan = 35 led-valonlähteen läpi.

Mainittu toimintajännitealueen S sijoittumisen selvittäminen voi tarkoittaa esimerkiksi vain sen alarajan selvittämistä.

Toisin sanoen ohjausyksikkö olisi järjestetty selvittämään, minkä jännitearvon kohdalta tai välittömästä ympäristöstä led-valonlähteen toimintajännitealue alkaa.

Kuviin 4 ja viitaten tämä tarkoittaisi sen jännitteen löytämistä, 5 jolla jännite-virta-käyrän kuvaama virta alkaa merkit- tävästi nousta nollaa suuremmaksi.

Kuvassa 7 esitetyn päätelmälohkon 702 mukai- sesti lohkossa 701 tehdyt toimet voivat johtaa sen päät- telemiseen, mikä on yksittäisen led-haaran pituus led- valonlähteessä.

Kuten edellä kuvien 4 ja 5 yhteydessä todettiin, toimintajännitealueen alaraja on oleelli- sesti sama kuin sarjaan kytkettyjen ledien kynnysjän- nitteiden summa.

Jos yksittäisen ledin kynnysjännite on tiedossa, toimintajännitealueen alarajasta saadaan yk- sittäisen led-haaran pituus yksinkertaisella jakolas- kulla.

Lohkon 703 mukaisesti ohjausyksikkö on järjes- tetty mittaamaan syöttövirran arvoa toimintajännitealu- eella.

Tällöin keskeisintä on selvittää, kuinka jyrkästi syöttövirran arvo kasvaa, kun syöttöjännitettä kasvate- taan suuremmaksi kuin toimintajännitealueen alaraja.

Kuvien 4 ja 5 mukaisesti syöttövirta kasvaa toiminta- jännitealueella sitä jyrkemmin, mitä enemmän led-haa- roja led-valonlähteessä on kytkettyinä rinnan.

Päätelmälohkon 704 mukaisesti lohkossa 703 tehty mittaus voi johtaa sen päättelemiseen, kuinka monta led-haaraa led-valonlähteessä on kytketty rinnan.

N Tästä voidaan johtaa syöttövirran nimellinen maksi- N miarvo eli se koko led-valonlähteeseen syötettävän vir- 3 30 ran määrä, joka jakautuessaan tasan rinnakkaisiin led- 2 haaroihin synnyttää jokaisessa led-haarassa yksittäisen Ek ledin maksimivirran suuruisen virran.

Ohjausyksikkö on * järjestetty päättelemään syöttövirran nimellinen maksi- = miarvo ainakin osittain sen perusteella, mitä tietoa = 35 toimintajännitealueella tehty syöttövirran arvon mit- S taus tuotti.

Käytännössä tämä voi tarkoittaa esimer-

kiksi, että syöttöjännitettä kasvatetaan tietty vakiomäärä toimintajännitealueen alarajasta ylöspäin ja mitataan, kuinka suureksi syöttövirta kasvoi ja/tai mikä oli syöttövirtakäyrän derivaatan suurin arvo tällä vä- lillä.

Lohkossa 705 virtalähde asettaa arvon yhdelle tai useammalle toimintaparametrilleen sen perusteella, mitä tietoa aiemmat vaiheet tuottivat. Ohjausyksikkö voi olla järjestetty asettamaan päätelty syöttövirran ni- mellinen maksimiarvo ohjearvoksi, joka kertoo, millä syöttövirran arvolla led-valonlähteen ledit palavat täydellä kirkkaudella. Tätä ohjearvoa voidaan tässä kut- sua ensimmäiseksi ohjearvoksi.

Kuva 8 esittää erästä tapaa, jolla kuvan 7 loh- kojen 701 ja 703 mukainen toiminta voidaan toteuttaa systemaattisesti. Vaihe 801 on alustus, jossa syöttö- jännitteen Ui, ja indeksin k arvot alustetaan nolliksi. Vaiheissa 802 ja 803 syöttöjännitteen arvoa kasvatetaan, kunnes vaiheen 803 testi osoittaa, että syöttövirta on alkanut kasvaa nollasta. Jos tämä oli ensimmäinen syöt- töjännitteen arvo, jolla tämä havainto tehtiin, indeksin k arvo on vielä nolla vaiheen 804 tarkistuksessa. Täl- löin vaiheesta 804 seuraa senhetkisen syöttöjännitteen Uin arvon tallentaminen toimintajännitealueen alarajaa kuvaavaksi jännitteeksi Umin. Vaiheessa 806 tallennetaan vielä senhetkistä indeksin k arvoa kuvaava, mitattu syöttövirran arvo, minkä jälkeen indeksin k arvoa kas- vatetaan. Indeksille k on määritelty maksimiarvo, jota N pienemmillä k:n arvoilla menetelmä palaa vaiheesta 807 N vaiheeseen 802. Menetelmän kiertäessä vaiheiden 802-807 3 30 mukaista silmukkaa tallentuvat mitatut syöttövirran ar- > vot Io, Ii, Iz, .. Ika, kunnes indeksin k maksimiarvo on z saavutettu. Senhetkinen syöttöjännitteen U:n arvo tal- + lennetaan maksimiarvoksi Uma. Tallennetuista arvoista = Umin on kohtalaisen luotettava indikaattori yksittäisen = 35 led-haaran pituudelle. Rinnan kytkettyjen led-haarojen S määrää kuvaava luku saadaan esimerkiksi laskutoimituk- sella (Ix-1-10)/ (Umax-Umin) tai arvioimalla virtakäyrän ensimmäistä derivaattaa laskemalla keskiarvo muutaman viimeisimmän I-arvon keskinäisistä erotuksista. Ohjausyksikkö voi olla järjestetty tekemään edellä kuvatut vaiheet aina vasteena päälle kytkemiseen. Tämän lisäksi tai asemesta ohjausyksikkö voi olla jär- jestetty tekemään edellä kuvatut vaiheet vasteena jo- honkin ohjauskomentoon, joka voi olla esimerkiksi tietty käyttötehon päälle-pois-sekvenssi tai erillisen ohjaus- tulon kautta vastaanotettu komento.

Ohjausyksikkö voi olla järjestetty hyödyntä- mään edellä kuvatulla tavalla saatuja tietoja myös mo- nipuolisemmin kuin pelkästään asettamalla ensimmäinen ohjearvo, jonka mukaisella syöttövirralla se jatkossa saa led-valonlähteen ledit loistamaan täydellä kirkkau- della. Kuvan 6 suoritusmuodon mukaisessa virtalähteessä on ohjaustulo 612 ohjauskomentojen vastaanottamiseksi. Tässä on ajatuksena, että ohjausyksikkö 609 on järjes- tetty valaistuslähtöön syötettävän syöttöjännitteen ja/tai syöttövirran arvoa vasteena ohjaustulon 612 kautta vastaanotettuun ohjauskomentoon. Ohjaustulo 612 voi olla esimerkiksi jonkin sinänsä tunnetun valaistuk- sen ohjausstandardin mukainen liitäntä, kuten 1-10 vol- tin ohjausliitäntä, DALI-liitäntä, Switch Control -1lii- täntä tai vastaava.

Eräs tunnettu ohjauskomentojen hyödyntämisen tapa on valojen ohjattu himmentäminen. Ohjausyksikkö 609 voi olla järjestetty muuttamaan valaistuslähtöön syö- N tettävän syöttövirran arvoa edellä kuvatun ensimmäisen N ohjearvon (eli maksimiarvon) ja sitä pienempien arvojen 3 30 välillä vasteena ohjaustulon 612 kautta vastaanotettui- > hin himmennyskomentoihin. Jos ohjausyksiköllä on tal- z lessa syöttövirran arvoja, jotka on mitattu toiminta- * jännitealueella osana edellä kuvattuja vaiheita, se voi = tarvittaessa käyttää niitä toisena, kolmantena jne. oh- = 35 jearvona, jotka kuvaavat eräitä haluttuja himmennettyjä S valotasoja.

Kuva 9 esittää itsesäätyvää virtalähdettä 901, jossa on kaksi valaistuslähtöä. Edellä kuvatun kaltai- nen, navoista 604 ja 605 muodostuva valaistuslähtö on ensimmäinen valaistuslähtö, johon kytkettävään ensim- mäiseen led-valonlähteeseen syötettävää syöttöjänni- tettä ja -virtaa voidaan säätää välineillä 607 ja 608.

Virtalähteessä 901 on navoista 904 ja 905 muodostuva toinen valaistuslähtö toisen syöttöjännitteen ja toisen syöttövirran toimittamiseksi siihen kytkettävälle toi- selle led-valonlähteelle. Ohjausyksikkö 909 on järjes- tetty tekemään edellä kuvatun kaltaiset toimet led-va- lonlähteiden piirteiden selvittämiseksi molemmille led- valonlähteille. Kuvan 9 mukaista virtalähdettä voidaan käyttää esimerkiksi silloin, kun led-valonlähteenä on ns. tunable white -nauha. Sellaisessa on tyypillisesti kahta eri värilämpötilaa edustavia valkoisia ledejä, joille on omat syöttölinjansa, jolloin virtalähteen kan- nalta ne ovat kaksi toisistaan eroavaa led-valonläh- dettä. Virtalähde voi hallitusti muuttaa tuotetun val- koisen valon värilämpötilaa säätämällä näille kahdelle johdettujen syöttövirtojen keskinäistä suuruutta. Vir- talähteessä voisi olla myös enemmän kuin kaksi rinnak- kaista valaistuslähtöä, joista jokaiselle virtalähteen ohjausyksikkö voi olla järjestetty tekemään samat toi- met.

N O N

O <Q o

I jami a oO

O LO N O N

Claims (8)

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Itsesäätyvä virtalähde (601, 901) led-va- lonlähdettä varten, jossa virtalähteessä (601, 901) on: - käyttötehotulo (602, 603) käyttötehon vastaanotta- miseksi - valaistuslähtö (604, 605, 904, 905) syöttöjännitteen ja syöttövirran toimittamiseksi valaistuslähtöön kyt- kettävälle led-valonlähteelle - mainittujen käyttötehotulon (602, 603) ja valaistus- lähdön (604, 605, 904, 905) välillä konvertteri (606, 906) mainittujen syöttöjännitteen ja syöttövirran tuottamiseksi mainitusta käyttötehosta, - jännitteen säätövälineet (607, 907) mainitun syöttö- jännitteen arvon säätämiseksi - virran säätövälineet (608, 908) mainitun syöttövir- ran arvon säätämiseksi ja - ohjausyksikkö (609, 909), joka on järjestetty ohjaa- maan mainittuja jännitteen ja virran säätövälineitä (607, 608, 907, 908), tunnettu siitä, että mainittu ohjausyksikkö (609, 909) on järjestetty a) muuttamaan (701, 802) mainittua syöttöjännitettä hallitusti sen havaitsemiseksi, miten led-valonlähteen toimintajännitealue sijoittuu b) mittaamaan (703, 803, 806) mainitun syöttövirran - arvoa mainitulla toimintajännitealueella AN c) päättelemään (702, 704) mainitun syöttövirran ni- N mellinen maksimiarvo ainakin osittain mainitun, toi- = 30 mintajännitealueella tehdyn syöttövirran arvon mit- TY tauksen perusteella ja E d) asettamaan (705) päätelty syöttövirran nimellinen o maksimiarvo syöttövirran ensimmäiseksi ohjearvoksi. 9 N

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtalähde S 35 (601, 901), tunnettu siitä, että mainittu ohjausyksikkö (609, 909) on järjestetty tekemään vai- heet a) — d) vasteena päälle kytkemiseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vir- talähde (601, 901), tunnettu siitä, että - virtalähteessä on ohjaustulo (612) ohjauskomentojen vastaanottamiseksi ja - mainittu ohjausyksikkö (609, 909) on järjestetty muuttamaan mainittuun valaistuslähtöön (604, 605, 904, 905) syötettävän syöttöjännitteen ja/tai svyöttövirran arvoa vasteena ohjaustulon (612) kautta vastaanotet- tuun ohjauskomentoon.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen virtalähde, tunnettu siitä, että - mainittu ohjausyksikkö (609, 909) on järjestetty muuttamaan mainittuun valaistuslähtöön (604, 605, 904, 905) syötettävän syöttövirran arvoa mainitun ensimmäi- sen ohjearvon ja sitä pienempien arvojen välillä vas- teena ohjaustulon (612) kautta vastaanotettuihin him- mennyskomentoihin.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mu- kainen virtalähde, tunnettu siitä, että - mainittu valaistuslähtö on ensimmäinen valaistus- lähtö (604, 605) ensimmäisen syöttöjännitteen ja en- simmäisen syöttövirran toimittamiseksi siihen kytket- tävälle ensimmäiselle led-valonlähteelle N - virtalähteessä on toinen valaistuslähtö (904, 905) N toisen syöttöjännitteen ja toisen syöttövirran toimit- 3 tamiseksi siihen kytkettävälle toiselle led-valonläh- > teelle z 30 - mainittu ohjausyksikkö (909) on järjestetty tekemään > vaiheet a) - d) kummallekin valaistuslähdölle. 0 6. Menetelmä itsesäätyvän virtalähteen lähdön O säätämiseksi, jossa menetelmässä tuotetaan syöttöjän- nite ja syöttövirta led-valonlähdettä varten,

tunnettu siitä, että menetelmässä - muutetaan (701, 802) mainittua syöttöjännitettä hal- litusti sen havaitsemiseksi, miten mainitun led-valon- lähteen toimintajännitealue sijoittuu, - mitataan (703, 803, 806) mainitun syöttövirran arvoa mainitulla toimintajännitealueella - päätellään (702, 704) mainitun syöttövirran nimelli- nen maksimiarvo ainakin osittain mainitun, toiminta- jännitealueella tehdyn syöttövirran arvon mittauksen perusteella ja - asetetaan (705) päätelty syöttövirran nimellinen maksimiarvo syöttövirran ensimmäiseksi ohjearvoksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittua ensimmäistä ohjearvoa käytetään mainitun led-valonlähteen saamiseksi loista- maan täydellä kirkkaudella.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen mene- telmä, tunnettu siitä, että mainitun ensimmäisen oh- jearvon asettamisen jälkeen - vastaanotetaan himmennyskomentoja ja - muutetaan mainitun syöttövirran arvoa mainitun en- simmäisen ohjearvon ja sitä pienempien arvojen välillä vasteena ohjaustulon kautta vastaanotettuihin himmen- nyskomentoihin.

N

O

N

O <Q o

I jami a oO

O

LO

N

O

N