RU2693846C1 - Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к светодиодным осветительным устройствам, преимущественно к фарам автомобилей. Техническим результатом является обеспечение возможности использования светодиодных ламп, устанавливаемых в фары автомобилей вместо ламп накаливания. Результат достигается тем, что производят периодические выборки напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство и посредством аналого-цифрового преобразования преобразуют эти выборки напряжения в цифровой сигнал. После чего при помощи методов цифровой обработки сигналов осуществляют обработку и анализ полученного цифрового сигнала, в процессе которого определяют тип напряжения, подаваемого на положительный вход устройства. В случае выявления постоянного напряжения на светодиоды подают номинальный ток, а в случае выявления пульсирующего напряжения на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на заранее заданную величину. Устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов содержит положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, импульсный стабилизатор тока и блок управления. Блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь, блок обработки и анализа цифрового сигнала, ключ и привод управления этим ключом. Привод управления ключом соединен с блоком обработки и анализа цифрового сигнала, а ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей управляющий выход блока управления с «землей». Импульсный стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения, положительный вывод которого посредством электрической цепи, содержащей сглаживающий фильтр, соединен с управляющим выходом блока управления. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к светодиодным осветительным устройствам, предназначенным, преимущественно, для транспортных средств, имеющих электрические цепи постоянного напряжения.

Известен способ управления яркостью источников света, соединенных с источником напряжения посредством устройства управления яркостью источников света [заявка № ЕР 1344683, ЕПВ, МПК B60Q 1/14, Daytime running light control unit for a vehicle and method to implement external lights as daytime running lights / Diehl Peter G., Kanning Torsten, заявл. 17.09.2003, опубл. 26.04. 2006].

Известный способ предназначен для управления яркостью ламп накаливания, установленных в фары автомобиля. Уровень яркости ламп накаливания изменяют в зависимости от положения переключателя режимов света фар или в зависимости от того, в каком состоянии находятся узлы автомобиля, ответственные за готовность автомобиля к движению. К этим узлам относятся, в частности, двигатель автомобиля, зажигание, свет парковки и сам автомобиль.

Если переключатель режимов света фар находится в положении режима ближнего света, устройство управления яркостью источников света подает на лампы накаливания номинальный ток, соответствующий режиму ближнего света.

Если переключатель режимов света фар находится в положении режима дневных ходовых огней, или если узлы автомобиля находятся в состоянии, необходимом для приведения автомобиля в движение, а парковочный свет выключен, устройство управления яркостью источников света включает лампы накаливания в режиме дневных ходовых огней. Реализуют этот режим посредством подачи на лампы накаливания постоянного тока, подвергнутого широтно-импульсной модуляции (ШИМ-сигнала). В результате лампы накаливания светят с яркостью, пониженной по сравнению с яркостью в режиме ближнего света. Яркость ламп зависит от коэффициента заполнения ШИМ-сигнала.

Известен также способ управления яркостью источников света, соединенных с источником напряжения посредством устройства управления яркостью источников света, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство [Патент на полезную модель №104522, РФ, МПК B60Q 1/14, Блок автоматического включения фар транспортного средства в режим дневных ходовых огней / Зыбин C.A., заявл. 08.12.2010, опубл. 20.05. 2011].

В известном способе источниками света являются лампы накаливания постоянного напряжения, установленные в фары автомобиля. Яркость ламп накаливания изменяют в зависимости от положения переключателя режимов света фар и в зависимости от того, работает или нет двигатель автомобиля. Если двигатель автомобиля работает, а переключатель режимов света фар находится в положении включения дневных ходовых огней, контроллер устройства управления яркостью источников света подает на лампы ШИМ-сигнал с коэффициентом заполнения 0,6. А если при работающем двигателе переключатель режимов света фар устанавливают в положение включения ближнего света, контроллер увеличивает коэффициент заполнения ШИМ-сигнала до 1,0, т.е. подает на лампы постоянный ток.

Недостатком обоих известных способов является использование в качестве источников света ламп накаливания. Лампы накаливания имеют низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.) и малый срок службы. Подача на лампы накаливания тока в виде ШИМ-сигнала увеличивает срок службы ламп, но он все равно остается намного меньшим, чем, например, у светодиодных ламп. Низкий к.п.д. ламп накаливания приводит к большому расходу электроэнергии и, в конечном итоге, - к повышенному расходу топлива автомобилем.

Кроме того, недостатком обоих известных способов является то, что для управления яркостью источников света используются сигналы от узлов автомобиля, либо от переключателя режимов света фар. Для этого устройство управления яркостью источников света должно быть встроено в электрическую схему управления автомобилем. Такое устройство не может быть установлено в цоколь ламп, например, светодиодных ламп, устанавливаемых вместо ламп накаливания в фары транспортных средств с целью экономии электроэнергии. Поэтому известные способы нельзя использовать для управления уровнем светоотдачи светодиодных ламп, устанавливаемых вместо ламп накаливания в фары транспортных средств. Это ограничивает область применения известных способов.

Известен способ управления яркостью осветительного устройства, содержащего светодиоды, соединенные с источником напряжения посредством устройства управления яркостью осветительного устройства, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, заключающийся в том, что определяют тип напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, и в зависимости от типа этого напряжения управляют яркостью осветительного устройства, [Заявка №2017174120, США, МПК B60Q 1/00, LED headlamp with daytime running lamp / Sassoon Charles I., заявл. 18.12.2015, опубл. 22.06. 2017].

Известный способ применяется для управления режимами работы фары автомобиля, имеющей как светодиоды дневных ходовых огней, так и светодиоды ближнего света. Управление яркостью фары осуществляется посредством подачи тока либо на светодиоды дневных ходовых огней, либо на светодиоды ближнего света. При помощи устройства управления яркостью осветительного устройства определяют, какое напряжение подается на положительный вход подачи напряжения питания на устройство: постоянное или ШИМ-сигнал. Если обнаруживают на входе постоянное напряжение, то на светодиоды ближнего света подают постоянный ток, а на светодиоды дневных ходовых огней ток не подают. Если же обнаруживают на входе в устройство ШИМ-сигнал, то, наоборот, на светодиоды дневных ходовых огней подают постоянный ток, а на светодиоды ближнего света ток не подают. Наличие двух групп светодиодов увеличивает габариты осветительного устройства и его стоимость. Это сужает область применения известного способа.

Кроме того, недостатком известного способа является то, что определение типа напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство осуществляется посредством аналоговой обработки входного напряжения с помощью аналоговой электрической схемы. Аналоговая электрическая схема имеет большое количество резисторов, конденсаторов и диодов, вследствие чего устройство управления яркостью осветительного устройства имеет большие габариты. Поэтому такое устройство не может быть встроено в цоколи небольших светодиодных ламп. Это не позволяет использовать известный способ для управления уровнем светоотдачи светодиодных ламп, устанавливаемых в фары транспортных средств вместо ламп накаливания. Это ограничивает область применения известного способа.

Еще одним недостатком известного способа является то, что применяемый в нем метод аналоговой обработки входного напряжения применим для обработки пульсирующего напряжения только одного типа, а именно напряжения, подвергнутого широтно-импульсной модуляции (ШИМ-сигнала). Однако управление яркостью ламп накаливания может осуществляться также подачей пульсирующего напряжения другого типа, например, напряжения, подвергнутого частотно-импульсной модуляции, амплитудно-импульсной модуляции, а также пульсирующего напряжения с любой другой формой сигнала. Известный способ не подходит для обработки пульсирующего напряжения другого типа, кроме ШИМ-сигналов. Это также сужает область применения способа.

Известен способ управления уровнем светоотдачи светодиодов, соединенных с источником напряжения при помощи устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, заключающийся в том, что производят периодические выборки напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, посредством аналого-цифрового преобразования преобразуют выборки напряжения в цифровой сигнал, после чего при помощи методов цифровой обработки сигналов осуществляют обработку и анализ полученного цифрового сигнала, и по результатам обработки и анализа цифрового сигнала управляют уровнем светоотдачи светодиодов [патент №2619601, Российская Федерация, МПК Н05В 33/00, Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов и устройство для его осуществления / Бухаринов К.И. и др., опубл. 17.05.2017] - прототип.

Недостатком известного способа является то, что при обработке и анализе цифрового сигнала не определяют тип напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, т.е. не определяют, постоянное это напряжение или пульсирующее. Известный способ предназначен для использования в устройствах управления уровнем светоотдачи светодиодов, в которых на положительный вход подачи напряжения питания на устройство подается только постоянное напряжение. Поэтому известный способ не может быть использован в устройствах, в которых уровнем светоотдачи светодиодов управляют посредством подачи на положительный вход подачи напряжения питания на устройство либо постоянного напряжения, либо пульсирующего. Это сужает область применения известного способа.

В известном способе уровнем светоотдачи светодиодов управляют путем изменения скважности импульсов тока, подаваемого на светодиоды. В режиме «малого света» ток на светодиоды подают импульсами с заранее заданной скважностью. При низком уровне «малого света» длительность одного импульса может составлять половину и даже менее половины периода тактирования. Поэтому при низкой частоте импульсов может проявляться эффект мерцания света, вредный для человеческого глаза. Вследствие этого, известный способ нежелательно использовать в осветительных устройствах, предназначенных для освещения помещений. Это также сужает область применения известного способа.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ управления уровнем светоотдачи светодиодов, - расширение области применения способа.

Для решения этой задачи в способе управления уровнем светоотдачи светодиодов, соединенных с источником напряжения при помощи устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, заключающемся в том, что производят периодические выборки напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, посредством аналого-цифрового преобразования преобразуют выборки напряжения в цифровой сигнал, после чего при помощи методов цифровой обработки сигналов осуществляют обработку и анализ полученного цифрового сигнала, и по результатам обработки и анализа цифрового сигнала управляют уровнем светоотдачи светодиодов, согласно изобретения, в процессе обработки и анализа полученного цифрового сигнала определяют тип напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, а именно, определяют, постоянное это напряжение или пульсирующее, и в зависимости от типа этого напряжения управляют уровнем светоотдачи светодиодов путем изменения величины тока, подаваемого на светодиоды, а именно: в случае выявления постоянного напряжения на светодиоды подают номинальный ток, а в случае выявления пульсирующего напряжения на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на заранее заданную величину.

При этом выборки напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство производят с частотой, как минимум, в два раза превышающей частоту переменного напряжения.

Определение типа напряжения, подаваемого от источника напряжения на положительный вход подачи напряжения питания на устройство, может быть осуществлено посредством подсчета и анализа «нулевых» и «единичных» отсчетов цифрового сигнала. Для этого в процессе аналого-цифрового преобразования выборок напряжения в цифровой сигнал устанавливают пороговое значение напряжения, и сравнивают выборки напряжения с пороговым значением. При этом «нулевые» отсчеты полученного цифрового сигнала соответствуют выборкам напряжения, значения которых меньше порогового значения, а «единичные» отсчеты цифрового сигнала соответствуют выборкам напряжения, значения которых больше порогового значения.

Определение типа напряжения, подаваемого от источника напряжения на положительный вход подачи напряжения питания на устройство, может также осуществляться посредством вычисления периода этого напряжения.

Также определение типа этого напряжения может осуществляться посредством вычисления среднего значения напряжения за определенный промежуток времени.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым способом, заключается в обеспечении возможности использования способа в светодиодных лампах, устанавливаемых вместо ламп накаливания в фары транспортных средств, в которых управление яркостью осуществляется подачей на лампы фар либо постоянного напряжения, либо пульсирующего напряжения.

Известно устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащее положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока и блок управления, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь и соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала и имеет управляющий вход и управляющий выход, при этом управляющий вход блока управления с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем, а с другого конца подсоединен к вышеупомянутой электрической цепи между резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, а анодный и катодный концы цепи светодиодов соединены, соответственно, с положительным и отрицательным токоподающими выходами импульсного стабилизатора тока [патент №2619601, Российская Федерация, МПК Н05В 33/00, Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов и устройство для его осуществления / Бухаринов К.И. и др., опубл. 17.05.2017] - прототип.

В известном устройстве уровнем светоотдачи светодиодов управляют посредством изменения напряжения на управляющем входе импульсного стабилизатора тока. Недостатком известного устройства является то, что напряжение на управляющем входе импульсного стабилизатора тока задается величиной напряжения на управляющем выходе блока управления. В режиме «большого света» блок управления подает на свой управляющий выход непрерывный сигнал напряжением 5 В. В режиме «малого света» блок управления подает на свой управляющий выход управляющий сигнал импульсами с заранее заданной скважностью. Скважность импульсов устанавливается такой, чтобы отношение среднего значения напряжения импульсного сигнала к напряжению непрерывного сигнала (5 В) равнялось отношению светоотдачи светодиодов в режиме «малого света» к их светоотдаче в режиме «большого света». Вследствие того, что управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, напряжение Uув на управляющем входе импульсного стабилизатора тока будет равно: Uув=Uнс⋅Rнп/(Rнп+Rвп), где Uнс - напряжение непрерывного сигнала (5 В) на управляющем выходе блока управления, Rнп и Rвп - сопротивления, соответственно, нижнего и верхнего плеч резистивного делителя напряжения.

Для того, чтобы импульсный стабилизатор тока выдавал на светодиоды номинальный ток, напряжение Uув на управляющем входе импульсного стабилизатора тока должно быть равно номинальному напряжению Uном=1,25 В. При работающем блоке управления это напряжение поддерживается за счет тока, подаваемого с управляющего выхода блока управления на управляющий вход импульсного стабилизатора тока. Однако в случае выхода блока управления из строя подача тока прекратится. В этом случае напряжение Uув на управляющем входе импульсного стабилизатора тока будет поддерживаться только за счет внутреннего источника опорного напряжения импульсного стабилизатора тока. При этом нижнее плечо Rнп резистивного делителя напряжения и внутреннее сопротивление между управляющим входом импульсного стабилизатора тока и источником опорного напряжения также образуют резистивный делитель напряжения. Поэтому напряжение Uув на управляющем входе импульсного стабилизатора тока будет равно: Uув=Uион⋅Rнп/(Rнп+Rион), где Uион - значение опорного напряжения, Rнп - сопротивление нижнего плеча резистивного делителя напряжения, Rион - внутреннее сопротивление между управляющим входом импульсного стабилизатора тока и источником опорного напряжения. Поскольку значение опорного напряжения Uион практически равно значению номинального напряжения Uном, то при значениях сопротивления Rнп, сопоставимых со значениями сопротивления Rион, значения напряжения Uув будут в два раза меньше значений номинального напряжения Uном. Соответственно, и значения тока, подаваемого импульсным стабилизатором на светодиоды, будут в два раза меньше номинального. Таким образом, в случае выхода блока управления из строя светоотдача светодиодов будет в два раза ниже номинальной. Это снижает потребительские свойства устройства.

Недостатком известного устройства является также то, что управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения. Этот резистивный делитель напряжения позволяет уменьшить амплитуду импульсов тока, подаваемого с управляющего выхода блока управления на управляющий вход импульсного стабилизатора тока в режиме «малого света», но не позволяет сглаживать эти импульсы. В режиме «малого света» ток на светодиоды подают импульсами с высокой скважностью, поэтому при низкой частоте импульсов может проявляться эффект мерцания света, вредный для человеческого глаза. Вследствие этого, известное устройство нежелательно использовать в осветительных устройствах, предназначенных для освещения помещений. Это сужает область применения известного устройства.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение -расширение области применения устройства и повышение его потребительских свойств.

Для решения этой задачи в устройстве управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащем положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока и блок управления, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь и соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала и имеет управляющий вход и управляющий выход, при этом управляющий вход блока управления г. одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем, а с другого конца подсоединен к вышеупомянутой электрической цепи между резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, а анодный и катодный концы цепи светодиодов соединены, соответственно, с положительным и отрицательным токоподающими выходами импульсного стабилизатора тока, согласно изобретения, импульсный стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения, положительный вывод которого соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей сглаживающий фильтр, а блок управления содержит ключ и привод управления этим ключом, при этом ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей управляющий выход блока управления с «землей», а привод управления ключом соединен с блоком обработки и анализа цифрового сигнала.

Сглаживающий фильтр может быть выполнен, например, в виде активно-емкостного фильтра, содержащего резистор R4 и конденсатор С1.

Блок управления может иметь различное конструктивное исполнение. По одному из возможных вариантов его исполнения блок управления содержит микроконтроллер, в который встроены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки и анализа цифрового сигнала, ключ и привод управления ключом. При этом микроконтроллер имеет вывод общего назначения и вывод АЦП. Вывод АЦП соединен с управляющим входом блока управления, вывод общего назначения микроконтроллера соединен с управляющим выходом блока управления, а ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей вывод общего назначения микроконтроллера с «землей».

По одному из возможных вариантов исполнения устройства импульсный стабилизатор тока содержит микросхему типа ZXLD1362 со встроенным источником опорного напряжения, дроссель L1, диод Шоттки VD2, резистор R5 и конденсатор С2.

Для сглаживания колебаний напряжения в цепи питания светодиодов устройство дополнительно снабжено конденсатором С3, соединенным с анодным и катодным концами цепи светодиодов.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в сглаживании импульсов тока, подаваемого на светодиоды и обеспечение светоотдачи светодиодов, соответствующей режиму «большого света», в случае выхода блока управления из строя.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, в которой блок управления показан в общем виде. На фиг. 2 изображена электрическая схема устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, в которой блок управления содержит микроконтроллер. На фиг. 3 изображен график, показывающий изменение напряжения на управляющем входе импульсного стабилизатора тока в режиме «малого света».

Устройство 1 управления яркостью осветительного устройства предназначено для встраивания в цоколи светодиодных ламп, устанавливаемых в фары транспортных средств вместо ламп накаливания.

Устройство 1 управления яркостью осветительного устройства содержит положительный 2 и отрицательный 3 входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды 4, последовательно соединенные в цепь с анодным 5 и катодным 6 концами, импульсный стабилизатор тока 7 и блок управления 8.

Положительный 2 и отрицательный 3 входы подачи напряжения питания на устройство 1 через диодный мост 9 соединены с полюсами 10,11 источника постоянного напряжения 12.

Отрицательный вход 3 подачи напряжения питания на устройство 1 соединен с «землей». Положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 соединен с «землей» электрической цепью 13, содержащей последовательно соединенные резисторы 14 (R1) и 15 (R2), образующие резистивный делитель напряжения и являющиеся, соответственно, его нижним и верхним плечами.

Блок управления 8 имеет управляющий вход 16, управляющий выход 17, а также положительный 18 и отрицательный 19 входы подачи напряжения питания на блок управления.

Положительный вход 18 подачи напряжения питания на блок управления 8 через блок питания 20 и диод Шоттки 21 (VD1) соединен с положительным входом 2 подачи напряжения питания на устройство. Отрицательный вход 19 подачи напряжения питания на блок управления 8 соединен с «землей».

В общем случае блок управления 8 содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 22, блок 23 обработки и анализа полученного цифрового сигнала и привод 24 управления ключом 25. Ключ 25 встроен в электрическую цепь 26, соединяющую управляющий выход 17 блока управления 8 с «землей».

Управляющий вход 16 блока управления 8 с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем 22, а с другого конца подсоединен к электрической цепи 13 между резисторами 14 (R1) и 15 (R2).

Импульсный стабилизатор тока 7 имеет управляющий вход 27, положительный 28 и отрицательный 29 входы подачи напряжения питания на стабилизатор, а также положительный 30 и отрицательный 31 токоподающие выходы.

Управляющий выход 17 блока управления 8 посредством электрической цепи 32, содержащей сглаживающий фильтр, соединен с управляющим входом 27 импульсного стабилизатора тока 7.

Сглаживающий фильтр может быть выполнен, например, в виде активно-емкостного (RC) фильтра, содержащего резистор 33 (R4) и конденсатор 34 (С1).

В конкретном, частном варианте исполнения блок управления 8 может содержать микроконтроллер 35, в который встроены аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22, блок 23 обработки и анализа цифрового сигнала, и привод 24 управления ключом 25 блока управления (см. фиг. 2). Микроконтроллер 35 имеет вывод общего назначения 36 (GP1) и вывод 37 (GP0) АЦП. Вывод 37 (GP0) с одного конца соединен с АЦП 22, а с другого конца соединен с управляющим входом 16 блока управления 8. Вывод общего назначения 36 (GP1) соединен с управляющим выходом 17 блока управления 8. Ключ 25 установлен в разрыв электрической цепи 38, соединяющей вывод общего назначения 36 (GP1) с «землей».

Положительный вход 39 (Vdd) и отрицательный вход 40 (Vss) подачи напряжения питания на микроконтроллер 35 соединены, соответственно, с положительным входом 18 и отрицательным входом 19 подачи напряжения питания на блок управления 8.

Отрицательный вход 29 подачи напряжения питания на стабилизатор соединен с «землей». К положительному 30 и отрицательному 31 токоподающим выходам импульсного стабилизатора тока 7 подсоединены, соответственно, анодный 5 и катодный 6 концы цепи светодиодов 4.

Импульсный стабилизатор тока 7 может иметь различное конструктивное исполнение. В одном из возможных вариантов исполнения импульсный стабилизатор тока 7 содержит микросхему 41 типа ZXLD1362 со встроенным источником опорного напряжения 42, дроссель 43 (L1), диод Шоттки 44 (VD2), резистор 45 (R5), конденсатор 46 (С2).

Положительный вывод 47 источника опорного напряжения 42 соединен с выводом 48 (ADJ) микросхемы, который, в свою очередь, соединен с управляющим входом 27 импульсного стабилизатора тока 7. Вывод 49 (Vin) микросхемы 41 соединен с положительным входом 28 подачи напряжения питания на импульсный стабилизатор тока 7 и через конденсатор 46 (С2) - с «землей». Вывод 50 (GND) микросхемы соединен с отрицательным входом 29 подачи напряжения питания на импульсный стабилизатор тока 7. Вывод 51 (Isense) микросхемы соединен с положительным токоподающим выходом 30 импульсного стабилизатора тока, и через резистор 45 (R5) соединен с выводом 49 (Vin) микросхемы. Вывод 52 (LX) микросхемы через дроссель 43 (L1) соединен с отрицательным токоподающим выходом 31 импульсного стабилизатора тока. Анод диода Шоттки 44 (VD2) соединен с выводом 52 (LX) микросхемы, а катод диода Шоттки 44 (VD2) соединен с выводом 49 (Vin) микросхемы.

Устройство снабжено конденсатором 53 (С3), соединенным с анодным 5 и катодным 6 концами цепи светодиодов 4.

Блок питания 20 блока управления 8, содержит резистор 54 (R7), диод 55 (VD3) и конденсатор 56 (С4).

Кроме того, устройство снабжено диодом 57 (VD4).

Уровнем светоотдачи светодиодов управляют следующим образом.

В существующих осветительных устройствах, использующих лампы накаливания постоянного тока, в частности в фарах автомобилей, для реализации режима «большого света» (для автомобилей - режима «ближнего света») на положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 подают постоянное напряжение. В этом случае лампы накаливания светят с яркостью, соответствующей режиму «большого света». Для реализации режима «малого света» (для автомобилей - режима «дневных ходовых огней») на положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1 подают напряжение, подвергнутое широтно-импульсной (ШИМ-сигнал), частотно-импульсной или амплитудно-импульсной модуляции, либо любое другое пульсирующее напряжение, среднее значение которого меньше величины постоянного напряжения. В этом случае лампы накаливания светят с пониженной яркостью, соответствующей режиму «малого света».

Для того, чтобы управлять уровнем светоотдачи светодиодов светодиодной лампы, устанавливаемой в осветительное устройство, в частности в фару автомобиля, вместо лампы накаливания, необходимо определить тип напряжения, подаваемого на положительный вход 2 подачи напряжения питания на устройство 1. Для определения типа этого напряжения производят периодические выборки этого напряжения, которые при помощи аналого-цифрового преобразователя 22 преобразуют в цифровой сигнал. Выборки напряжения производят с частотой, как минимум, в два раза превышающей частоту пульсирующего напряжения. В блоке 23 при помощи методов цифровой обработки сигналов осуществляют обработку и анализ полученного цифрового сигнала.

Тип напряжения на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство 1 можно определять при помощи различных способов обработки и анализа полученного цифрового сигнала.

При определении типа напряжения посредством подсчета и анализа «нулевых» и «единичных» отсчетов цифрового сигнала, переводят аналого-цифровой преобразователь 22 (АЦП) в режим цифрового входа, при котором на выходе АЦП имеются только два типа сигналов: логический "0" и логическая "1". На этапе аналого-цифрового преобразования выборок напряжения в цифровой сигнал устанавливают пороговое значение напряжения и производят сравнения выборок напряжения с этим пороговым значением. Получаемые при этом на выходе блока 22 «нулевые» отсчеты цифрового сигнала соответствуют выборкам напряжения, значения которых меньше порогового значения, а «единичные» отсчеты полученного цифрового сигнала соответствуют выборкам напряжения, значения которых больше порогового значения.

Полученный на выходе блока 22 цифровой сигнал, представляющий собой последовательность «0» и «1», поступает в блок 23 обработки и анализа цифрового сигнала. В блоке 23 подсчет и анализ «нулевых» и «единичных» отсчетов полученного цифрового сигнала осуществляют в соответствии со следующим алгоритмом: сначала подсчитывают и сравнивают между собой общее количество «нулевых» и «единичных» отсчетов. В том случае, если общее количество «единичных» отсчетов превысит заранее заданное число N1 раньше, чем общее количество «нулевых» отсчетов превысит заранее заданное число N2, делают вывод о наличии постоянного напряжения на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство, «обнуляют» оба счетчика отсчетов, и вновь подсчитывают общее количество «нулевых» и «единичных» отсчетов. В том случае, если общее количество «нулевых» отсчетов превысит число N2 раньше, чем общее количество «единичных» отсчетов превысит число N1, делают вывод о наличии пульсирующего напряжения на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство, «обнуляют» оба счетчика отсчетов, и подсчитывают количество непрерывно следующих один за другим «единичных» отсчетов. Если количество непрерывно следующих один за другим «единичных» отсчетов превысит заранее заданное число N3, делают вывод о наличии постоянного напряжения на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство, «обнуляют» оба счетчика отсчетов, и вновь переходят к подсчету и сравнению между собой общего количества «нулевых» и «единичных» отсчетов. При этом число N1 больше числа N2.

Для определения типа напряжения путем вычисления периода этого напряжения переводят аналого-цифровой преобразователь 22 в режим цифрового входа. Засекают одинаковые, например, нарастающие фронты сигнала и при помощи счетчика опорных (эталонных) высокочастотных импульсов (не показан) вычисляют длительность между этими фронтами. В том случае, если период сигнала превышает заранее заданное значение N4, делают вывод о наличии постоянного напряжения, в противном случае делают вывод о наличии пульсирующего напряжения.

Для определения типа напряжения путем вычисления среднего значения напряжения переводят аналого-цифровой преобразователь 22 в режим аналогового входа, при котором на выходе АЦП имеют численные значения замеряемого напряжения. Определяют значения напряжения в каждой выборке напряжения, после чего вычисляют средние значения напряжения за определенные промежутки времени. В том случае, если среднее значение напряжения превышает заранее заданное значение N5, делают вывод о наличии постоянного напряжения, в противном случае делают вывод о наличии пульсирующего напряжения.

Существуют и другие способы определения типа напряжения на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство 1.

В случае выявления на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство 1 постоянного напряжения на светодиоды 4 подают номинальный ток, а в случае выявления пульсирующего напряжения на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на заранее заданную величину. Управляют величиной тока, подаваемого на светодиоды 4, путем регулирования напряжения на выводе 48 (ADJ) микросхемы 41. В свою очередь, напряжение на выводе 48 (ADJ) регулируют путем замыкания и размыкания ключа 25, соединяющего управляющий вход 17 блока управления 8 с «землей». Команды на замыкание и размыкание ключа 25 поступают на привод 24 с блока 23 обработки и анализа цифрового сигнала. При этом источником напряжения на выводе 48 (ADJ) является источник опорного напряжения 42 микросхемы 41.

В случае выявления на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство 1 постоянного напряжения привод 24 размыкает ключ 25, соединяющий управляющий вход 17 блока управления 8 с «землей». За счет напряжения Uион источника опорного напряжения 42 на выводе 48 (ADJ) установится номинальное напряжение Uном, при котором на светодиоды 4 с токоподающих выходов 30, 31 подается номинальный ток и уровень светоотдачи светодиодов соответствует режиму «большого света».

В случае выявления на положительном входе 2 подачи напряжения питания на устройство 1 пульсирующего напряжения, привод 24 с определенной периодичностью то размыкает, то замыкает ключ 25. Когда ключ 25 разомкнут, напряжение источника опорного напряжения 42 заряжает конденсатор 34 (С1) и напряжение на выводе 48 (ADJ) увеличивается (отрезок а-b на фиг. 3). Когда ключ 25 замкнут, конденсатор 34 (С1) через резистор 33 (R4) разряжается на «землю» и напряжение на выводе 48 (ADJ) снижается (отрезок b-с на фиг. 3). Среднее значение напряжения Ucp на выводе 48 (ADJ) будет меньше номинального напряжения Uном. Периодичность размыкания и замыкания ключа 25 устанавливают такой, чтобы отношение среднего значения напряжения Ucp к номинальному значению напряжения Uном равнялось отношению светоотдачи светодиодов в режиме «малого света» к их светоотдаче в режиме «большого света». В результате, с токоподающих выходов 30, 31 импульсного стабилизатора тока 7 на светодиоды 4 подается ток, среднее значение которого меньше номинального на заранее заданную величину, и светодиоды светят с яркостью, соответствующей режиму «малого света».

Диодный мост 9 позволяет подключать устройство 1 управления яркостью осветительного устройства к источнику постоянного напряжения 12, не обращая внимания на полярность полюсов 10, 11 источника постоянного напряжения.

Конденсатор 53 (С3) сглаживает колебания напряжения в цепи питания светодиодов 4. Конденсатор 46 (С2) сглаживает колебания напряжения в цепи питания импульсного стабилизатора тока 7.

Блок питания 20 снижает напряжение, поступающее с положительного входа 2 подачи напряжения питания на положительный вход 18 подачи напряжения питания на блок управления 8, до требуемого значения и сглаживает его колебания.

Диод 57 препятствует подаче в электрическую схему устройства напряжения, превышающего максимально допустимые значения.

Claims (12)

1. Способ управления уровнем светоотдачи светодиодов, соединенных с источником напряжения при помощи устройства управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащего положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, заключающийся в том, что производят периодические выборки напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, посредством аналого-цифрового преобразования преобразуют выборки напряжения в цифровой сигнал, после чего при помощи методов цифровой обработки сигналов осуществляют обработку и анализ полученного цифрового сигнала и по результатам обработки и анализа цифрового сигнала управляют уровнем светоотдачи светодиодов, отличающийся тем, что в процессе обработки и анализа полученного цифрового сигнала определяют тип напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, а именно определяют, постоянное это напряжение или пульсирующее, и в зависимости от типа этого напряжения управляют уровнем светоотдачи светодиодов путем изменения величины тока, подаваемого на светодиоды, а именно: в случае выявления постоянного напряжения на светодиоды подают номинальный ток, а в случае выявления пульсирующего напряжения на светодиоды подают ток, величина которого меньше номинального тока на заранее заданную величину.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выборки напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство производят с частотой, как минимум в два раза превышающей частоту переменного напряжения.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в процессе аналого-цифрового преобразования выборок напряжения в цифровой сигнал устанавливают пороговое значение напряжения и сравнивают выборки напряжения с этим пороговым значением, а определение типа напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство осуществляют посредством подсчета и анализа «нулевых» и «единичных» отсчетов цифрового сигнала, при этом «нулевые» отсчеты цифрового сигнала соответствуют выборкам напряжения, значения которых меньше порогового значения, а «единичные» отсчеты цифрового сигнала соответствуют выборкам напряжения, значения которых больше порогового значения.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что подсчет и анализ «нулевых» и «единичных» отсчетов цифрового сигнала осуществляют в соответствии со следующим алгоритмом: сначала подсчитывают и сравнивают между собой общее количество «нулевых» и «единичных» отсчетов и в том случае, если общее количество «единичных» отсчетов превысит заранее заданное число N1 раньше, чем общее количество «нулевых» отсчетов превысит заранее заданное число N2, делают вывод о наличии постоянного напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, «обнуляют» оба счетчика отсчетов и вновь подсчитывают общее количество «нулевых» и «единичных» отсчетов, а если общее количество «нулевых» отсчетов превысит число N2 раньше, чем общее количество «единичных» отсчетов превысит число N1, делают вывод о наличии переменного напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, «обнуляют» оба счетчика отсчетов и подсчитывают количество непрерывно следующих один за другим «единичных» отсчетов и в том случае, если это количество превысит заранее заданное число N3, делают вывод о наличии постоянного напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство, «обнуляют» оба счетчика отсчетов и вновь переходят к подсчету и сравнению между собой общего количества «нулевых» и «единичных» отсчетов.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что число N1 больше числа N2.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что определение типа напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство осуществляют посредством вычисления периода этого напряжения и в том случае, если период напряжения превышает заранее заданное значение N4, делают вывод о наличии постоянного напряжения, в противном случае делают вывод о наличии пульсирующего напряжения.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что определение типа напряжения на положительном входе подачи напряжения питания на устройство осуществляют посредством вычисления среднего значения напряжения за определенный промежуток времени и в том случае, если среднее значение напряжения превышает заранее заданное значение N5, делают вывод о наличии постоянного напряжения, в противном случае делают вывод о наличии пульсирующего напряжения.

8. Устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов, содержащее положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока и блок управления, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь и соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала и имеет управляющий вход и управляющий выход, при этом управляющий вход блока управления с одного конца соединен с аналого-цифровым преобразователем, а с другого конца подсоединен к вышеупомянутой электрической цепи между резисторами R1 и R2, образующими резистивный делитель напряжения, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, а анодный и катодный концы цепи светодиодов соединены соответственно с положительным и отрицательным токоподающими выходами импульсного стабилизатора тока, отличающееся тем, что импульсный стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения, положительный вывод которого соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока посредством электрической цепи, содержащей сглаживающий фильтр, а блок управления содержит ключ и привод управления этим ключом, при этом ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей управляющий выход блока управления с «землей», а привод управления ключом соединен с блоком обработки и анализа цифрового сигнала.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде активно-емкостного фильтра, содержащего резистор R4 и конденсатор С1.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что блок управления содержит микроконтроллер, в который встроены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки и анализа цифрового сигнала, ключ и привод управления ключом блока управления, при этом микроконтроллер имеет вывод общего назначения и вывод АЦП, причем вывод АЦП с одного конца соединен с АЦП, а с другого конца соединен с управляющим входом блока управления, вывод общего назначения микроконтроллера соединен с управляющим выходом блока управления, а ключ установлен в разрыв электрической цепи, соединяющей вывод общего назначения микроконтроллера с «землей».

11 Устройство по п. 8, отличающееся тем, что импульсный стабилизатор тока содержит микросхему типа ZXLD1362 со встроенным источником опорного напряжения, дроссель L1, диод Шоттки VD2, резистор R5 и конденсатор С2, при этом вывод ADJ микросхемы соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора тока, вывод Isense микросхемы соединен с положительным токоподающим выходом импульсного стабилизатора тока и через резистор R5 соединен с выводом Vin микросхемы, вывод LX микросхемы через дроссель L1 соединен с отрицательным токоподающим выходом импульсного стабилизатора тока, анод диода Шоттки VD2 соединен с выводом LX микросхемы, а катод диода Шоттки VD2 соединен с выводом Vin микросхемы, вывод GND микросхемы соединен с «землей», положительный вывод источника опорного напряжения соединен с выводом ADJ микросхемы.

12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено конденсатором С3, соединенным с анодным и катодным концами цепи светодиодов.

Images