RU2713642C2 - Эффективная схема освещения для светодиодных (led) узлов - Google Patents

Эффективная схема освещения для светодиодных (led) узлов Download PDF

Info

Publication number
RU2713642C2
RU2713642C2 RU2017146237A RU2017146237A RU2713642C2 RU 2713642 C2 RU2713642 C2 RU 2713642C2 RU 2017146237 A RU2017146237 A RU 2017146237A RU 2017146237 A RU2017146237 A RU 2017146237A RU 2713642 C2 RU2713642 C2 RU 2713642C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
led
circuit
node
pulse converter
voltage
Prior art date
Application number
RU2017146237A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017146237A (ru
RU2017146237A3 (ru
Inventor
Кумар АРУЛАНДУ
Йохан-Пауль Мари Герард ЛИННАРТЗ
Эген Якоб ДЕ МОЛЬ
Дмитро Викторович МАЛИНА
Хенрикус Мариус Йозеф Мария КАХЛМАН
Original Assignee
Филипс Лайтинг Холдинг Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. filed Critical Филипс Лайтинг Холдинг Б.В.
Publication of RU2017146237A publication Critical patent/RU2017146237A/ru
Publication of RU2017146237A3 publication Critical patent/RU2017146237A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2713642C2 publication Critical patent/RU2713642C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B44/00—Circuit arrangements for operating electroluminescent light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/375—Switched mode power supply [SMPS] using buck topology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Abstract

Изобретение относится к схеме освещения и способу управления схемой освещения. Техническим результатом является обеспечение схемы освещения, обладающей повышенной эффективностью использования подводимой электрической мощности. Результат достигается тем, что выпрямитель (14) имеет вход для переменного напряжения V. По меньшей мере первый и второй узлы (20, 22) LED соединяются, чтобы быть запитанными электрической мощностью из выпрямителя (14). Первый узел (20) LED электрически соединяется с первым выходом (26) выпрямителя (14) и электрически соединяется последовательно с входом (36) схемы импульсного преобразователя. Второй узел (22) LED электрически соединяется с выходом (48) схемы (44) импульсного преобразователя. Узел (30) управления соединяется с отводом (46) в последовательном соединении для процесса управления первым узлом (20) LED. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к схеме освещения и способу управления схемой освещения. В частности, изобретение относится к схемам освещения, включающим в себя, по меньшей мере, первый и второй узел LED (Light-Emitting Diode - светоизлучающий диод), соединенный, чтобы быть запитанным электрической мощностью из выпрямителя, имеющего вход для переменного напряжения.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известным типом схемы возбуждения для LED является линейная схема возбуждения с отводами. В структуре линейной схемы (TLD) возбуждения с отводами, LED обычно располагаются последовательно и запитываются переменным рабочим напряжением, таким как выпрямленное напряжение сети электроснабжения. Узлы управления, такие как переключатели или источники тока, соединяются с отводами, т.е. точками межсоединения в последовательном соединении. Благодаря надлежащему управлению, группы элементов LED управляются в зависимости от мгновенно доступного напряжения электроснабжения.
WO 2010/027254 A1 описывает узел LED, содержащий последовательное соединение двух или более блоков LED, причем каждый блок LED содержит один или более LED. Каждый блок LED обеспечивается управляемым переключателем для короткого замыкания блока LED. Преобразователь, который может быть понижающим преобразователем или повышающим преобразователем, поставляет мощность к блокам LED путем преобразования источника входной мощности в источник соответствующего тока для LED. Блок управления принимает сигнал, представляющий уровень напряжения питающего напряжения, и управляет переключателями в соответствии с данным сигналом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
WO 2011053708 раскрывает так называемую линейную схему возбуждения с отводами, в которой ряд LED, в последовательном соединении с сетью электроснабжения переменного тока, настраивается в соответствии с амплитудой сети электроснабжения переменного тока, так что выпрямленное напряжение LED в промежутках времени сети электроснабжения переменного тока соответствует амплитуде сети электроснабжения переменного тока.
US 8604699 B2 раскрывает то, что LED и понижающий преобразователь, возбуждающий другой LED, находятся в параллельном соединении между выходом Vout напряжения.
В качестве задачи может быть рассмотрено обеспечение простой и недорогой схемы освещения с хорошей эффективностью при различных условиях эксплуатации.
Эта задача решается посредством схемы освещения по п. 1 и способа управления по п. 13. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению, электрическая мощность подается на узлы LED от выпрямителя с входом для переменного напряжения, в частности напряжения сети электроснабжения. Выпрямитель может быть любого типа такого как, например, полумост, но предпочтительным является полный мостовой выпрямитель. Таким образом, предпочтительно, напряжение, подаваемое на выходе выпрямителя, будет выпрямленным синусоидальным напряжением.
В настоящем контексте термин «узел LED» должен обозначать либо один элемент LED (который может быть твердотельным осветительным элементом любого типа, включая светоизлучающие диоды, OLED - Organic (органический) LED и т.д.) или схему, содержащую несколько таких элементов LED, например, соединенные электрически последовательно, параллельно или в любой последовательной/параллельной конфигурации. Предпочтительно, каждый узел LED содержит только две клеммы, обычно анодную и катодную клемму. Если узел LED содержит несколько элементов LED, они являются, предпочтительно, только совместно, а не отдельно управляемыми, такими как, например, в электрическом последовательном соединении. Тогда как простые варианты осуществления настоящего изобретения могут содержать только первый и второй узел LED, обычно будет предпочтительным предусмотреть более чем два отдельно управляемых узлов LED, таких как, например, три, четыре или более.
Согласно настоящему изобретению, первый узел LED электрически соединяется с первым выходом выпрямителя, в частности, в последовательном соединении, и далее последовательно с входом схемы импульсного преобразователя. Этот термин «последовательно» относится к обычной структуре схемы, такой, в которой первый узел LED может быть непосредственно или опосредовано соединен либо с выходом выпрямителя, либо со схемой импульсного преобразователя, либо с обоими, то есть между ними могут быть расположены дополнительные схемы или компоненты. В некоторых вариантах осуществления первый узел LED может быть непосредственно электрически соединен либо с выходом выпрямителя, либо с входом схемы импульсного преобразователя, либо с обоими. Предпочтительно, последовательное соединение является таким, что ток через первый узел LED может, по меньшей мере, в его активных рабочих состояниях, по существу, быть равным току, текущему во вход схемы импульсного преобразователя.
Схема импульсного преобразователя содержит, по меньшей мере, вход и выход и служит для преобразования входного напряжения, подаваемого на вход, в выходное напряжение, подаваемое на выход с помощью процесса переключения. Импульсный преобразователь может быть любого известного типа, такого как, например, понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь, преобразователь типа SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Converter - преобразователь постоянного напряжения с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью) и т.д. Является обычно предпочтительным, когда схема импульсного преобразователя содержит, по меньшей мере, один реактивный элемент, такой как конденсатор, но предпочтительно индуктивность, которая может запасать энергию. Схема импульсного преобразователя дополнительно предпочтительно содержит, по меньшей мере, один управляемый переключающий элемент, такой как, например, транзистор, транзистор типа MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник), реле или другой известный электронный переключающий элемент и схему управления для управления управляемым переключающим элементом. Схема управления может управлять управляемым переключающим элементом для многократного чередования между проводящим и непроводящим состоянием, которое в данном контексте понимается так, что сопротивление в непроводящем состоянии значительно, по меньшей мере, на один порядок величины выше, чем в проводящем состоянии. Благодаря управляемому процессу переключения, электрический параметр энергии, запасенной в реактивном элементе такой как, например, напряжение конденсатора и/или ток через проводник может быть изменен, так что посредством процесса непрерывного чередующегося переключения, из входного напряжения может быть выведено управляемое выходное напряжение. Величина выходного напряжения может быть управляема за счет изменения тактирования процесса переключения. В зависимости от топологии схемы импульсного преобразователя, выходное напряжение может, например, быть ниже чем входное напряжение (как, например, в понижающем преобразователе), или может быть выше чем входное напряжение (как, например, в повышающем преобразователе) или может, в зависимости от режима работы, либо быть выше, либо ниже чем входное напряжение (например, в понижающем-повышающем преобразователе).
Согласно настоящему изобретению, второй узел LED электрически соединяется с выходом схемы импульсного преобразователя. Второй узел LED может, таким образом, быть запитан электрической мощностью из схемы импульсного преобразователя. Схема импульсного преобразователя обычно имеет высокую эффективность, поскольку избыточное напряжение или мощность не рассеиваются, как в линейных схемах возбуждения, а доступное напряжение и/или мощность преобразуются в величины, пригодные для работы второго узла LED. Как станет очевидно в связи с предпочтительными вариантами осуществления, второй узел LED может быть соединен так, чтобы быть исключительно обеспеченным мощностью из схемы импульсного преобразователя, или, альтернативно, второй узел LED может быть соединен также, чтобы запитываться электрической мощностью из последовательного соединения первого выхода выпрямителя и первого узла LED.
Кроме того, предусматривается узел управления и соединяется, по меньшей мере, с отводом в последовательном соединении между первым узлом LED и входом схемы импульсного преобразователя для процесса управления первым узлом LED. Термин «узел управления» здесь может относиться к любому элементу или схеме, подходящей для процесса управления первым узлом LED, в частности, предпочтительно управлять током через узел LED. Как станет очевидно в связи с предпочтительными вариантами осуществления, возможными типами узлов управления могут быть, например, схема управляемого шунта, например, включающая в себя переключающий элемент, позволяющий управляемым образом шунтировать первый узел LED, или управляемый источник тока.
Узел управления соединяется с отводом в последовательном соединении. Предлагаемая структура схемы, согласно настоящему изобретению, может, таким образом, соответствовать известной топологии линейной схемы (TLD) возбуждения с отводами, с добавлением входа схемы импульсного преобразователя, предусмотренного в последовательном соединении. Соответственно, блок управления является предпочтительным для управления узлом управления, предпочтительно в зависимости от мгновенно доступной величины выпрямленного напряжения. В частности, блок управления может управлять узлом управления, чтобы активировать первый узел LED, если имеется определенный пороговый уровень выпрямленного напряжения или, если достигнут определенный пороговый уровень тока. Например, пороговый уровень напряжения может соответствовать или быть выбранным выше выпрямленного напряжения первого узла LED.
Авторы настоящего изобретения приняли во внимание, что в известных схемах TLD, использующих линейные регуляторы, могут возникать значительные потери, в частности, для более высоких входных напряжений. В случае известного линейного управления током и/или напряжением, любое несоответствие напряжения (то есть разница между мгновенно доступным напряжением и падением напряжения на узлах LED) приведет к увеличению мощности, рассеиваемой в цепи схемы возбуждения. Посредством использования схемы импульсного преобразователя, мощность может быть использована более эффективно, в частности, в случае несоответствия напряжения.
Схема освещения и способ, согласно настоящему изобретению, могут также решить другую проблему, которая имеется в известных структурах TLD, а именно, сильно отличающиеся времена срабатывания для узлов LED. В известных архитектурах TLD некоторые узлы LED активируются только при относительно высоких уровнях входного напряжения. В случае синусоидально изменяющегося входного напряжения, продолжительность активации этих узлов LED, таким образом, значительно ниже продолжительности активации для других узлов LED в схеме. Поскольку, согласно настоящему изобретению, схема импульсного преобразователя может обеспечивать электрическую мощность для второго узла LED, возможно, как будет видно из предпочтительных вариантов осуществления, увеличить продолжительность его активации в течение каждого полупериода переменного напряжения питания. Это может привести к лучшему распределению генерируемого света и улучшению использования имеющихся узлов LED.
Схема освещения и способ, предлагаемые согласно настоящему изобретению, также обеспечивают значительные преимущества над использованием одного импульсного преобразователя для обеспечения рабочей мощностью LED. Предпочтительно, электрическая мощность с выхода схемы импульсного преобразователя подается на второй узел LED, а не на первый узел LED. Таким образом, компоновка и размеры схемы импульсного преобразователя должны быть предусмотрены только для рабочей мощности второго узла LED. Таким образом, может быть использована более простая и менее дорогая схема импульсного преобразователя, чем требуется для обеспечения электрической мощности как для первого, так и второго узла LED.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, узел управления, который соединяется с отводом в последовательном соединении, может содержать переключающий элемент, управляемый, по меньшей мере, в проводящем и непроводящем состоянии. Элемент переключения может быть соединен для шунтирования первого узла LED в проводящем состоянии. В непроводящем состоянии ток, текущий в последовательном соединении, будет таким образом проходить через первый узел LED.
Альтернативно, узел управления может содержать схему управляемого источника тока, который может быть соединен между отводом и обратной шиной ко второму выходу выпрямителя. Предпочтительно, токочувствительный резистор может подавать сигнал обратной связи по току на управляемый источник тока. Токочувствительный резистор может быть предусмотрен в обратной шине.
Как указано выше, может быть предпочтительным дополнительно предусмотреть индивидуально управляемые узлы LED в дополнение к первому и второму узлу LED. Например, третий узел LED может быть предусмотрен электрически соединенным в последовательном соединении между выходом выпрямителя и входом импульсного преобразователя. В частности, один или более дополнительных узлов LED могут быть соединены последовательно с первым узлом LED, например, соединенным непосредственно или опосредованно между первым выходом выпрямителя и первым узлом LED или между первым узлом LED и входом импульсного преобразователя. Третий узел LED может быть предусмотрен для формирования конфигурации TLD вместе, по меньшей мере, с первым узлом LED, например, с узлом управления (например, либо управляемым источником тока, либо схемой шунта) для процесса управления третьим узлом LED, соединенным с отводом в последовательном соединении для процесса управления третьим узлом LED. Таким образом, вся конфигурация схемы может соответствовать многокаскадному TLD с добавлением импульсного преобразователя, предусмотренного в последовательном соединении. В случае дополнительных узлов LED таких как, например, третий узел LED, блок управления является предпочтительным для управления узлами управления, ассоциированными с узлами LED, так что узлы LED активируются в нескольких каскадах, в зависимости от мгновенно доступного выпрямленного напряжения. Например, в первом каскаде с низким выпрямленным напряжением ниже первого порогового значения, узлы управления могут управляться так, что ни один из узлов LED не активируется. Когда достигается первый пороговый уровень, например, первый узел LED может быть активирован посредством соответствующего управления ассоциированным узлом управления. Когда достигается второй пороговый уровень, может быть активирован первый узел LED и, по меньшей мере, один дополнительный узел LED и т.д.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, со схемой импульсного преобразователя может быть соединен конденсатор. Предпочтительно, схема импульсного преобразователя содержит, по меньшей мере, две входные клеммы, и конденсатор может быть соединен между этими двумя клеммами. В частности, конденсатор может быть соединен электрически последовательно, по меньшей мере, с первым и/или со вторым узлом LED. Например, конденсатор может быть соединен с отводом в последовательном соединении между первым узлом LED и входом схемы импульсного преобразователя с одной стороны и обратной шиной ко второму выходу выпрямителя с другой стороны. Конденсатор может тогда служить для стабилизации входного напряжения для схемы импульсного преобразователя. Если конденсатор электрически соединяется непосредственно или опосредовано последовательно, по меньшей мере, с первым и/или вторым узлом LED и обратной шиной, напряжение на конденсаторе будет равно мгновенно доступному входному напряжению минус падение напряжения на первом узле LED и возможных дополнительных узлах LED в последовательном соединении (и минус дополнительное падение напряжения на выпрямителе, источниках тока и других возможных компонентах в электрической шине).
В зависимости от управления схемой, в частности ее управляемых компонентов, таких как узел управления и схема импульсного преобразователя, напряжение на конденсаторе может управляться по-разному. Если схема управляется так, что остаточное напряжение на конденсаторе остается по существу постоянным, так что конденсатор остается заряженным до этого, по существу, постоянного напряжения в течение нескольких полупериодов напряжения сети электроснабжения (т.е. так, что флуктуация напряжения в течение полупериода является существенно меньше полного напряжения), его можно назвать конденсатором остаточного напряжения. Для осуществления управления схемой для достижения этого режима работы может быть предпочтительным предусмотреть управляемый источник тока параллельно конденсатору остаточного напряжения. Альтернативно, управляемый источник тока может быть предусмотрен последовательно с конденсатором остаточного напряжения, который может подавать сигнал обратной связи по току, чтобы позволить импульсному преобразователю поддерживать стабильный средний уровень напряжения на конденсаторе остаточного напряжения.
Схема преобразователя может управляться с использованием напряжения на конденсаторе в качестве входного сигнала для обеспечения электрической мощностью второго узла LED, что значительно повышает эффективность, а не рассеивает напряжение как, например, в линейном регуляторе.
В других предпочтительных вариантах осуществления, по меньшей мере, один стабилизирующий конденсатор может быть соединен параллельно, по меньшей мере, с одним из узлов LED. Стабилизирующий конденсатор может служить для стабилизации напряжения на узле LED для достижения более стабильного световыхода. Стабилизирующий конденсатор может быть присоединен параллельно, например, по меньшей мере, к первому узлу LED, а также ко всем дополнительным узлам LED.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, второй узел LED может быть соединен электрически последовательно с первым узлом LED. Таким образом, электрическая мощность, подаваемая с выхода импульсного преобразователя, может быть доставлена, по меньшей мере, для одного узла LED последовательного соединения. Блокирующие диоды могут быть предусмотрены в линии обратной связи с выхода схемы импульсного преобразователя и/или в последовательном соединении узлов LED для предотвращения обратного протекания тока. Второй узел LED может быть, например, электрически соединен непосредственно или опосредовано между первым узлом LED и входом схемы импульсного преобразователя. В особенно предпочтительной схеме второй узел LED может быть, таким образом, соединен между входом и выходом схемы импульсного преобразователя. В этой конфигурации особенно предпочтительным является повышающий или понижающий-повышающий тип схемы импульсного преобразователя, который способен обеспечивать поставку более высокого выходного напряжения, чем входное напряжение.
В других предпочтительных вариантах осуществления может быть предусмотрен источник тока, который соединяется электрически последовательно, по меньшей мере, с первым узлом LED. Источник тока может дополнительно быть предусмотрен последовательно с дополнительными узлами LED и/или со вторым узлом LED. Источник тока может служить для регулирования тока через последовательное соединение, как известно из типовых конфигураций TLD.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах,
Фиг. 1 показывает принципиальную схему первого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 показывает принципиальную схему второго варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 показывает принципиальную схему третьего варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 показывает принципиальную схему четвертого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 показывает принципиальную схему пятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6 показывает принципиальную схему шестого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 - показывает принципиальную схему седьмого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8 - показывает принципиальную схему восьмого варианта осуществления настоящего изобретения, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9а, 9b показывают диаграммы мощности во времени в схеме согласно восьмому и девятому вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 10 показывает принципиальную схему девятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 11 показывает диаграмму, показывающую мощность во времени для девятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 12, 13 показывают принципиальные схемы схем предшествующего уровня техники;
Фиг. 14 показывает диаграмму мощности во времени для схемы, показанной на фиг. 12.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 12 и 13 показывают схемы 10 и 12 возбуждения, обычно известные для возбуждения нескольких узлов LED, в показанном примере - трех узлов 20, 22, 24 LED с выхода выпрямителя 14, который обеспечивается мощностью от напряжения сети электроснабжения.
В схемах 10, 12 узлы 20, 22, 24 LED выполняются в конфигурации линейной схемы (TLD) возбуждения с отводами. В обеих схемах 10, 12 узлы 20, 22, 24 LED соединяются последовательно между двумя выходами выпрямителя 14. Линейная схема 16 возбуждения в примерах на фиг. 12 и 13 схемы управляемого источника тока соединяется последовательно с узлами 20, 22, 24 LED между выходами выпрямителя 14. Управляемый источник 16 тока соединяется с обратной шиной 31.
Электрические компоненты/схемы, называемые здесь узлами управления, соединяются с отводами 26, 27, 28, 29 в последовательном соединении, в частности, с точками 26, 28 межсоединения между узлами 20, 22, 24 LED.
В примере схемы 10, показанной на фиг. 12, которая показывает схему TLD с одним источником тока, узлы управления являются управляемыми переключателями 30, 32, 34, каждый из которых соединен параллельно с узлами 20, 22, 24 LED. Переключатели 30, 32, 34, таким образом, образуют шунтирующие элементы, посредством которых отдельные узлы 20, 22, 24 LED могут быть шунтированы, если переключатели 30, 32, 34 находятся в проводящем состоянии, так что соответствующий узел 20, 22, 24 LED деактивируется.
Блок управления (не показан) управляет работой переключателей 30, 32, 34 в зависимости от мгновенной величины выпрямленного синусоидального напряжения сети электроснабжения, так что в каждом случае подходящее последовательное соединение узлов LED подключается к выходу выпрямителя 14 так, что несоответствие напряжений между мгновенным значением выпрямленного напряжения и суммы выпрямленных напряжений для активированных в текущий момент узлов 20, 22, 24 LED минимизируется.
В примере схемы 12 фиг. 13, который показывает схему TLD с несколькими источниками тока, узлы управления являются управляемыми источниками 40, 42 тока в дополнение к управляемому источнику 16 тока. Управляемые источники 40, 42, 16 тока могут, каждый из них, управляться в соответствии с текущими сигналами измерения, которые обеспечиваются токоизмерительными резисторами (шунтами), предусмотренными в обратной шине 31.
В обеих различных схемах 10, 12 показанная конфигурация линейной схемы возбуждения с отводами имеет фундаментальные ограничения. В частности, напряжение гирлянды LED (сумма выпрямленных напряжений узлов 20, 22, 24 LED, если они активированы) должно соответствовать амплитуде входного напряжения сети электроснабжения. Любое избыточное напряжение приводит к увеличению потерь в схеме возбуждения в показанном примере в линейном источнике 16 тока.
Фиг. 14 показывает диаграмму мощности P, показанную во времени t в течение полупериода напряжения сети электроснабжения. Пунктирной линией показывается средняя номинальная входная мощность Pnom,in. Сплошной линией показывается изменяющаяся во времени номинальная входная мощность Pnom,in(t). Если прикладывается номинальное входное напряжение сети электроснабжения, среднее рассеивание мощности в линейной схеме 16 возбуждения будет относительно низким, как показано пунктирной линией Pdiss,cs(t). Однако если напряжение сети электроснабжения колеблется и прикладывается повышенное напряжение (высокий потенциал сети электроснабжения), полное среднее рассеивание схемы TDL возбуждения резко возрастает, как показано штрих-пунктирной линией Pdiss,cs,high(t). Например, в то время как среднее полное рассеивание мощности в номинальной сети электроснабжения может составлять 3,8 Вт, полное среднее рассеивание при высоком потенциале сети электроснабжения (увеличенная амплитуда на 20%) может увеличиться, например, до 9,4 Вт. Таким образом, концепция TLD, независимо от того, рассматривается ли схема 10 с одним источником тока, фиг. 12, или схема 12 с несколькими источниками тока, фиг. 13, не очень хорошо реагирует на различные рабочие условия такие, как, в частности, высокий потенциал сети электроснабжения.
Фиг. 1 показывает схему 18 согласно первому варианту осуществления. Выпрямитель 14 соединяется с переменным напряжением V, в частности с сетью электроснабжения, для подачи выпрямленного напряжения VR на выходы 26, 28 выпрямителя.
Первый узел 20 LED соединяется с первым выходом 26 выпрямителя. (Каждый узел LED может быть, например, последовательным соединением или параллельным соединением отдельных элементов LED). Узел 20 LED соединяется с одним из двух входов 36, 38 схемы 44 импульсного преобразователя (SMPS). Первый узел 20 LED, таким образом, соединяется - в показанном примере непосредственно соединяется, т.е. без дополнительных компонентов между ними - в последовательном соединении между выходом 26 выпрямителя 14 и входом 36 схемы 44 импульсного преобразователя. Таким образом, первый узел 20 LED и вход 36 схемы 44 импульсного преобразователя соединяются электрически последовательно с выходом 26 выпрямителя 14.
Переключающий элемент 30 соединяется, в качестве узла управления, параллельно с первым узлом 20 LED, т.е. соединяется с одной стороны с первым выходом 26 выпрямителя 14, а с другой стороны - с отводом 46 межсоединения в последовательном соединении. Переключающий элемент 30 является управляемым переключающим элементом, который может управляться блоком управления (не показан), чтобы принимать либо непроводящее состояние, при котором узел 20 LED активируется так, что он может управляться током, протекающим с выхода 26 выпрямителя 14 либо проводящее состояние, при котором переключающий элемент 30 замыкает шунтирующую шину, таким образом деактивируя узел 20 LED.
Схема 44 импульсного преобразователя может быть любым известным типом или топологией, такой как, например, понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, повышающий-понижающий преобразователь и т.д. Она преобразует напряжение, подаваемое на входы 36, 38, в выходное напряжение, подаваемое на выходы 48, 50, как обычно известно специалисту, путем непрерывного переключения переключающего элемента, соединенного с реактивным элементом (не показан на фиг. 1-7). Примеры конкретных схем для схемы 44 импульсного преобразователя будут дополнительно обсуждаться в связи с фиг. 8 и 10.
Второй узел 22 LED соединяется с выходами 48, 50 схемы 44 импульсного преобразователя. Таким образом, схема 44 импульсного преобразователя подает электрическую мощность во второй узел 22 LED. Если входное напряжение подается на входы 36, 38 SMPS 44 при достаточной величине, выходное напряжение VSW управляется на заранее заданном уровне, подходящем для работы второго узла 22 LED.
Блок управления (не показан) управляет переключающим элементом 30 так же, как переключающим элементом в известной конфигурации TLD, т.е. в зависимости от мгновенной рабочей величины выпрямленного напряжения VR или, альтернативно, в зависимости от тока через первый узел 20 LED (или через переключатель 30, если он замкнут, то есть ток от отвода 26 к отводу 36).
Величина VR изменяется в пределах каждого полупериода напряжения V сети электроснабжения, синусоидально, начиная с нуля. Тогда как напряжение VR ниже порогового значения, которое может соответствовать выпрямленному напряжению узла 20 LED (который, как объяснялось выше, может быть, например, последовательным соединением отдельных элементов LED), переключающий элемент 30 устанавливается в проводящее состояние, так что узел 20 LED дезактивируется. Таким образом, в начальный интервал времени полупериода, когда VR увеличивается, остаточное напряжение между входными клеммами 36, 38 схемы 44 импульсного преобразователя также возрастает. Схема 44 импульсного преобразователя преобразует это входное напряжение в импульсное выходное напряжение VSW для возбуждения второго узла 22 LED.
Когда величина выпрямленного напряжения VR увеличивается до величины выше порогового значения, переключающий элемент 30 управляется блоком управления в непроводящее состояние, тем самым активируя первый узел 20 LED. Поскольку выпрямленное напряжение узла 20 LED остается постоянным, после этого будет снова увеличиваться остаточное напряжение между входами 36, 38 схемы 44 импульсного преобразователя, так как выпрямленное напряжение VR дополнительно увеличивается. Если остаточное напряжение достаточно велико для запитывания схемы 44 импульсного преобразователя, мощность подается также на второй узел 22 LED.
Во второй половине полупериода величина напряжения VR стабильно уменьшается. Если VR падает до величины ниже порогового значения, переключающий элемент 30 устанавливается в проводящее состояние. Опять же, любое остаточное напряжение во время этапов переключения преобразуется в выходное напряжение VSW схемой 44 импульсного преобразователя для подачи электрической мощности во второй узел 22 LED.
В альтернативном варианте осуществления, выполняющееся управление переключателем 30 основано на токе, при этом значение тока измеряется. Если переключатель 30 разомкнут (то есть в непроводящем состоянии), и блок 20 LED работает, ток контролируется. Когда достигается первое пороговое значение тока, переключатель 30 замыкается (то есть управляется, чтобы быть установленным в проводящем состоянии). Когда переключатель 30 замкнут, ток дополнительно контролируется до достижения второй пороговой величины тока, при которой переключатель 30 снова размыкается.
Та же базовая концепция, что показана на фиг. 1 и описана выше в отношении первого варианта осуществления 18, также может быть реализована схемой 52, как показано на фиг. 2, согласно второму варианту осуществления. Здесь одинаковые позиционные обозначения используются для одинаковых частей, и будут дополнительно объяснены только различия.
Схема 52, согласно второму варианту осуществления, отличается от схемы 18, согласной первому варианту осуществления, типом узла управления для работы первого узла 20 LED. Вместо переключающего элемента 30 в первом варианте осуществления, схема 52, согласно второму варианту осуществления, включает в себя управляемый источник 40 тока в качестве узла управления, соединенный между отводом 46 в последовательном соединении первого узла 20 LED и входа 36 схемы 44 импульсного преобразователя, и обратной шиной ко второму выходу 28 выпрямителя 14. Управление управляемым источником 40 тока осуществляется так же, как в аналогичной схеме TLD (как показано, например, на фиг. 13 и описанной выше), где источник 40 тока управляется в соответствии с величиной тока, предоставляемой токочувствительным резистором в обратной шине. Источник тока 16 из схемы TLD предшествующего уровня техники с несколькими источниками тока (фиг.13) заменяется посредством SMPS 44.
Обе схемы, согласно первому и второму варианту осуществления, воплощают концепцию гибридной схемы возбуждения, включая архитектуру, аналогичную концепции схемы TLD возбуждения, но включающую в себя импульсный преобразователь (SMPS, источник мощности с режимом переключения) в последовательном соединении структуры TLD. По сравнению со схемами возбуждения LED, полностью основанными на SMPS, размер и стоимость значительно уменьшаются, поскольку только небольшая часть такая, как, например, приблизительно 50% от полной выходной мощности требует преобразования мощности в SMPS. Кроме того, концепция гибридной схемы возбуждения обеспечивает хорошее использование узлов 20, 22 LED путем возбуждения обоих при аналогичном среднем уровне тока. Это помогает лучше распределять тепло, а также имеет преимущество более равномерного оптического распределения света. Избегается недоиспользование части узлов LED.
По сравнению с известными схемами TLD возбуждения, гибридная схема возбуждения лучше подходит, чтобы справится с высоким потенциалом сети электроснабжения, избегая лишних потерь, рассеиваемых в линейной схеме возбуждения. Таким образом, эффективность улучшается, поскольку потери мощности снижаются за счет преобразования в SMPS.
Фиг. 3 показывает схему 54, согласно третьему варианту осуществления. Схема 54, согласно третьему варианту осуществления, а также дополнительные схемы в других вариантах осуществления соответствуют в некоторых частях схемам 18, 52, согласно вышеописанным вариантам осуществления. На фиг. 3 и на остальных фигурах аналогичные позиционные обозначения относятся к одинаковым частям. Далее дополнительно будут объясняться только различия между отдельными вариантами осуществления.
В схеме 54, как показано на фиг. 3, предусматривается конденсатор 56, соединенный между входами 36, 38 схемы 44 импульсного преобразователя. Конденсатор 56 будет заряжаться до напряжения, оставшегося от выпрямленного напряжения VR после вычитания из него падения напряжения на первом узле 20 LED. Конденсатор 56 может служить для стабилизации напряжения между входами 36, 38 схемы 44 импульсного преобразователя. Вместо того, чтобы рассеивать остаточное напряжение в линейной схеме возбуждения, напряжение используется для обеспечения мощностью второго узла 22 LED через SMPS 44.
Фиг. 4 показывает схему 58, согласно четвертому варианту осуществления. По сравнению со схемой 18, согласной первому варианту осуществления, схема 58, показанная на фиг. 4, содержит, помимо первого и второго узлов 20, 22 LED, третий узел 24 LED. Все три узла 20, 22, 24 LED соединяются электрически последовательно (с дополнительным блокирующим диодом 60 между первым узлом 20 LED и вторым узлом 22 LED, который будет объяснен позднее). Переключающие элементы 30, 34 соединяются параллельно с соответствующими узлами 20, 24 LED. Переключающий элемент 32 соединяется параллельно последовательному соединению узла 22 LED и блокирующего диода 60.
Линейный источник 16 тока соединяется электрически последовательно с узлами 20, 22, 24 LED.
Схема 58, показанная на фиг. 4, является примером реализации гибридной схемы TLD возбуждения с одним источником тока. Первый, второй и третий узлы 20, 22, 24 LED управляются блоком управления (теперь показан) посредством их соответствующих переключающих элементов 30, 32, 34. Управление осуществляется, как известно для традиционного TLD, т.е. в соответствии с первым и вторым пороговым значением выпрямленного напряжения VR. В зависимости от того, находится ли выпрямленное напряжение VR ниже первого порогового значения, между первым и вторым пороговым значением или выше второго порогового значения, либо ни один, либо только первый, либо первый и второй, либо первый, второй и третий узлы 20, 22, 24 LED активируются посредством соответствующего управления переключателей 30, 32, 34.
Остаток избыточного напряжения будет преобразован с помощью эффективного SMPS 44 и доставлен обратно с его выхода 48 через линию 62 обратной связи с блокирующим диодом 64 в отвод 66 в последовательном соединении. Таким образом, второй узел 22 LED принимает электрическую мощность из SMPS 44. Блокирующие диоды 60, 64 предотвращают обратное протекание тока.
В схеме 58, согласно фиг. 4, линия 62 обратной связи соединяет выход 48 SMPS обратно с его входом 36, со вторым узлом 22 LED, соединенным между ними. Таким образом, чтобы обеспечить электрическую мощность для второго узла 22 LED, выходное напряжение SMPS 44 должно быть выше входного напряжения. По этой причине в этом варианте осуществления тип повышающего-понижающего преобразователя SMPS 44 является предпочтительным.
В моменты времени каждого полупериода, где активированные в этот момент последовательные соединения узлов 20, 22, 24 LED близко соответствует мгновенно доступному выпрямленному напряжению VR, никакого значительного остаточного напряжения не будет, так что SMPS 44 может быть не активным. Однако между этапами управления TLD, по мере увеличения остаточного напряжения, SMPS будет преобразовывать остаточное напряжение обратно для подачи на второй узел 22 LED электрической мощности, повышая таким образом эффективность.
Если прикладывается высокое напряжение V сети электроснабжения и существует большое несоответствие, SMPS 44 будет особенно эффективен для предотвращения потерь.
Фиг. 5 показывает схему 70, согласно пятому варианту осуществления. Схема 70 показывает пример реализации гибридного TLD с несколькими источниками тока. Как и в схеме 58, согласной четвертому варианту осуществления, выход 48 SMPS 44 подается обратно через линию 62 обратной связи для обеспечения электрической мощностью второго узла 22 LED. В схеме 70, показанной на фиг. 5, управление осуществляется через управляемые источники 40, 41, тока, действующие как узлы управления для узлов 20, 24 LED.
Полный ток через схему 70 измеряется токочувствительным резистором источника 40 тока. В начале каждого полупериода источник 40 тока будет устанавливаться при низкой величине тока. После пересечения нулевой точки в сети электроснабжения никакой ток не будет протекать до тех пор, пока выпрямленное напряжение VR сети электроснабжения не станет равным выпрямленному напряжению узла 24 LED.
После этого ток через узел 24 LED будет продолжать увеличиваться с увеличением VR. Когда напряжение VR достигает величины, равной сумме выпрямленных напряжений узлов 24 и 20 LED, источник 41 тока начнет проводить ток.
Так как ток источника 41 тока течет также через токочувствительный резистор источника 40 тока, ток через источник 40 тока будет уменьшаться на ту же величину, что и ток, подаваемый источником 41 тока. Таким образом, ток через узел 24 LED не будет меняться, так как вступает в работу источник 41 тока.
В течение короткого периода времени источник 41 тока будет принимать на себя генерацию тока и источник 40 тока будет деактивироваться.
Вблизи максимального мгновенного напряжения выпрямленного напряжения VR сети электроснабжения, SMPS 44, действующий как источник тока, будет брать на себя генерацию всего тока через узлы 20, 22, 24 LED таким же образом, то есть из-за общего тока, текущего в обратной линии, токочувствительные резисторы будут обеспечивать на данный момент высокий уровень измерительного сигнала, так что источники 40, 41 тока будут деактивированы.
Фиг. 6 показывает схему 72, согласно шестому варианту осуществления. Схема 72 соответствует по структуре схеме 70 на фиг. 5. В схеме 72 управление осуществляется, как в схеме 70 на фиг. 5, с помощью управляемых источников 40, 41 и 78 тока. В дальнейшем только различия будут дополнительно объясняться.
В схеме 72 стабилизирующие конденсаторы 74 соединяются параллельно с каждым из узлов 20, 22, 24 LED. Стабилизирующие конденсаторы 74 служат для стабилизации световыхода узлов 20, 22, 24 LED и уменьшения мерцания. Во время работы узлов 20, 22, 24 LED стабилизирующие конденсаторы 74 заряжаются до выпрямленного напряжения каждого узла 20, 22, 24 LED. В случае незначительных колебаний напряжения или тока работа узлов 20, 22, 24 LED тем самым стабилизируется.
Кроме того, схема 72 содержит относительно большой конденсатор 56 в качестве конденсатора остаточного напряжения. Конденсатор 56 остаточного напряжения представляет собой электролитический конденсатор, соединенный параллельно с входом SMPS 44, т.е. между его входными клеммами 36, 38.
Кроме того, схема 72 содержит третий управляемый источник 78 тока, соединенный в обратной шине электрически последовательно входу 36, 38 SMPS 44.
Блокирующие диоды 76 соединяются в последовательном соединении узлов 20, 22, 24 LED для предотвращения обратного протекания тока.
Схема 72, включающая в себя последовательно соединенный источник 78 тока и большой конденсатор 76 остаточного напряжения, представляет собой гибридный преобразователь средней мощности, т.е. схему предлагаемой в настоящее время гибридной структуры TLD-SMPS, которая разрабатывается для достижения максимальной экономии в отношении небольшого SMPS, при этом достаточно уменьшая рассеивание мощности при высоком напряжении сети электроснабжения. Гибридный преобразователь средней мощности содержит последовательный заполняющий конденсатор 56, который будет заряжаться до уровня среднего избыточного напряжения во время высокого потенциала сети электроснабжения. Предполагая, что флуктуации амплитуды сети электроснабжения не происходят только в одном (полу) периоде, но обычно продолжаются в течении нескольких периодов напряжения сети электроснабжения, остаточное напряжение, до которого заряжается конденсатор 56, будет по существу постоянным в течение нескольких периодов, т.е. изменения в каждом (полу) периоде будут малы по сравнению с полной величиной. По этой причине конденсатор 56 в этой схеме может рассматриваться как конденсатор остаточного напряжения.
Управление схемой 72 осуществляется для достижения по существу постоянного напряжения на конденсаторе 56 остаточного напряжения. Это может быть достигнуто, например, если управляемый источник 78 тока обеспечивает сигнал обратной связи для управления SMPS 44, позволяя SMPS 44 управлять средним уровнем напряжения на конденсаторе остаточного напряжения. Альтернативно, управляемый линейный источник тока может быть предусмотрен параллельно конденсатору 56 остаточного напряжения (например, как показано для источника 16 тока на фиг. 7, который будет далее пояснен ниже). SMPS 44 может тогда непосредственно измерять падение напряжения и ток через линейный источник тока и, таким образом, управлять напряжением на конденсаторе 56 остаточного напряжения соответственно.
При низком напряжении сети электроснабжения, напряжение на этом конденсаторе будет очень низким, обычно около нуля. При высоком напряжении сети электроснабжения, напряжение на конденсаторе 56 будет высоким, равным остаточному напряжению, т.е. разнице между высокой амплитудой напряжения сети электроснабжения и номинальной амплитудой напряжения сети электроснабжения. Зарядка конденсатора управляется блоком управления схемой TLD возбуждения (не показан), поскольку конденсатор 56 помещен последовательно с узлами 20, 22, 24 LED, а разрядка конденсатора 56 остаточного напряжения управляется преобразователем 44 SMPS.
Основное преимущество схемы 72 гибридного преобразователя средней мощности состоит в том, что она направлена на достижение цели уменьшения рассеивания мощности при высоком напряжении сети электроснабжения, в то же время требуя только относительно малого размера SMPS 44. Как обсуждалось выше в отношении фиг. 14, пиковая мощность при высоком потенциале сети электроснабжения может быть относительно высокой такой, как, например, 10-20 Вт. Схема 72 гибридного преобразователя средней мощности, показанная на фиг. 6, использует относительно высокую емкость 56 для того, чтобы преобразовывать непрерывную среднюю мощность обратно в последний каскад LED, а именно во второй узел 22 LED. По этой причине, преобразователь 44 SMPS должен быть разработан только для менее чем половины пиковой мощности рассеяния. Поскольку емкость 56 относительно велика, она будет иметь почти постоянное напряжение на ней, так что потенциал входной клеммы 36 может быть управляемым для того, чтобы приспособиться к условиям высокого потенциала сети электроснабжения. В течении работы при нормальном и повышенном потенциале сети электроснабжения рассеивание схемы TLD возбуждения, включающего управляемые источники 40, 41, 78 тока будет почти одинаковым. Таким образом, гибридная схема 72 TLD возбуждения средней мощности является наименее затратным решением для получения хорошей эффективности во время высокого потенциала сети электроснабжения.
Фиг. 7 показывает схему 80, согласно седьмому варианту осуществления. Структура схемы 80 представляет собой схему гибридного TLD преобразователя с одним источником тока с тремя узлами 20, 22, 24 LED и ассоциированными шунтирующими переключателями 30, 32, 34, соединенными параллельно. Как и в схеме 58, согласной четвертому варианту осуществления (фиг. 4), источник 16 тока соединяется последовательно с узлами 20, 22, 24 LED между первым и вторым входами 36, 38 SMPS 44. Выходное напряжение, подаваемое на выход 48 SMPS 44, подается обратно через линию 62 обратной связи в отвод 66 последовательного соединения для подачи электрической рабочей мощности во второй узел 22 LED с блокирующими диодами 60, 64, предотвращающими обратное протекание тока.
В схеме 80, как показано на фиг. 7, конденсатор 56 соединяется между входами 36, 38 SMPS 44 параллельно управляемому источнику 16 тока.
Схема 80, согласно седьмому варианту осуществления может быть обозначена гибридным преобразователем TLD пиковой мощности. По сравнению со схемой 72 (фиг. 6) гибридного преобразователя TLD средней мощности, гибридный преобразователь 80 TLD пиковой мощности требует более мощного преобразователя 44 SMPS, но обеспечивает более высокую эффективность в номинальных рабочих условиях. Для гибридного преобразователя TLD пиковой мощности, в частности, показанная структура схемы 80 с одним последовательным источником 16 тока и переключающими элементами 30, 32, 34, параллельными узлам 20, 22, 24 LED, является предпочтительной. Схема гибридного преобразователя TLD пиковой мощности может быть оптимизирована либо для постоянной выходной мощности, либо для обеспечения наименьшей стоимости при совместимости с высоким потенциалом сети электроснабжения. При высоком потенциале сети электроснабжения, если необходимо принимать во внимание выходную мощность, входной ток гибридной схемы TLD возбуждения необходимо понизить относительно более высокого напряжения сети электроснабжения. Как следствие, пиковая мощность SMPS 44 удваивается. Однако эта пиковая мощность SMPS 44 может соответствовать только 30% полной пиковой мощности, которая подается в узлы 20, 22, 24 LED в номинальных условиях, так что эффективность может быть увеличена за счет подачи этой мощности обратно через линию 62 обратной связи ко второму узлу 22 LED.
Фиг. 9а показывает сравнение выходной мощности как функции времени в полупериоде напряжения сети электроснабжения между традиционной схемой TLD возбуждения (Pout,high,TLD, штрих-пунктирная линия), гибридной схемой TLD возбуждения с преобразователем пиковой мощности (Pout,hyb, пунктирная линия) и полной входной мощностью (Pin,high, сплошная линия).
Чтобы оптимизировать гибридную схему 80 TLD возбуждения пиковой мощности для стоимости компонентов, SMPS 44 проектируется настолько маленьким, насколько это возможно. Таким образом, конструкция гибридной схемы 80 TLD возбуждения пиковой мощности может быть оптимизирована для номинального потенциала сети электроснабжения, а выходная мощность во время высокого потенциала сети электроснабжения может быть ограничена для выполнения ограничений мощности SMPS 44.
В качестве примера, фиг. 9b показывает график мощности P во времени t для полупериода напряжения V сети электроснабжения. Показанная сплошной линией является полной выходной мощностью гибридной схемы 80 Pout,high,hyp. Выходная мощность преобразователя SMPS Pout,high,SMPS показывается как пунктирная линия. Выходная мощность части TLD схемы 80 Pout,high,TLD показывается как штрих-пунктирная линия.
Как показано на фиг. 9b, полная выходная мощность может снизиться не меньше чем на 40% при высоком потенциале сети электроснабжения по сравнению с условием номинального потенциала сети электроснабжения, если пиковая мощность гибридной схемы TLD возбуждения оптимизируется для стоимости компонентов для работы при номинальном напряжении сети электроснабжения.
Фиг. 8 показывает схему 82 как более подробный пример схемы 18, показанной на фиг. 1.
В схеме 82 входное напряжение V сети электроснабжения фильтруется в схеме 84 входного фильтра, выпрямляется в выпрямителе 14 и снова фильтруется в дополнительной схеме 86 фильтра. Полученное выпрямленное и отфильтрованное напряжение подается на последовательное соединение первого узла 20 LED и SMPS 44.
В примере на фиг. 8 первый узел 20 LED составлен из параллельного соединения двух отдельных элементов LED. Стабилизирующий конденсатор 74 соединяется параллельно с первым узлом 20 LED. Переключающий элемент 30 соединяется параллельно с первым узлом 20 LED, чтобы обеспечить управляемый шунт. Блокирующий диод 86 соединяется последовательно с первым узлом 20 LED для того, чтобы предотвратить обратное протекание тока из стабилизирующего конденсатора 74.
SMPS 44 содержит индуктивность L, выходной диод D и MOSFET в качестве переключающего элемента S, выполненного в известной топологии повышающего преобразователя. Схема 88 управления служит для управления переключающим элементом S на основе сигнала обратной связи считанного напряжения VS на резисторе RS считывания. Схема 88 управления SMPS 44 принимает сигнал напряжения с делителя R1, R2 напряжения, представляющий величину выпрямленного и отфильтрованного входного напряжения.
Повышающий преобразователь 44 обеспечивает выходное напряжение на выходных клеммах 48, 50, которое используется для работы второго узла 22 LED, стабилизированное параллельным стабилизирующим конденсатором 74. В показанном примере второй узел 22 LED представляет собой последовательное соединение четырех отдельных элементов LED.
Фиг. 10 показывает принципиальную схему схемы 90, согласно девятому варианту осуществления. Схема 90 является более подробным примером, соответствующим структуре схемы 58, согласной четвертому варианту осуществления.
В дополнение к схеме 58 стабилизирующие конденсаторы 74 соединяются параллельно с каждым из узлов 20, 22, 24 LED, последовательно соединенными с блокирующими диодами 76 для предотвращения обратного протекания тока.
Как показано на фиг. 10, SMPS 44 в схеме 90 представляет собой понижающий-повышающий преобразователь, включающий в себя индуктивность L, MOSFET в качестве переключающего элемента S и выходной диод D.
Схема управления (теперь показана) SMPS 44 предусматривается для управления переключающим элементом S для обеспечения выходного напряжения на выходной клемме 48, которое подается обратно через линию 62 обратной связи в отвод 66 в последовательном соединении узлов 20, 22, 24 LED.
Фиг. 11 показывает, в ее верхней части, падение напряжения V на линейном источнике 16 тока схемы 90.
В нижней части показывается мощность P во времени t. Без SMPS 44 кривая, показанная сплошной линией, соответствовала бы потерям в линейном источнике 16 тока. Благодаря извлечению мощности с помощью SMPS 44, фактически возникающие потери, показанные как штрихпунктирная линия, значительно ниже.
Это показывает, как, с помощью понижающего-повышающего преобразователя 44, показанного на фиг. 10, могут быть значительно уменьшены потери в линейном источнике 16 тока, а результирующая мощность возвращается обратно во второй узел 22 LED. Это приводит к значительному повышению эффективности схемы 90 и улучшенному использованию LED. В традиционной структуре TLD второй узел 22 LED мог бы иметь наименьшее время работы в течение каждого полупериода. Благодаря использованию выходного напряжения из SMPS 44, время работы второго узла 22 LED увеличивается, что приводит к улучшению распределения как световыхода, так и тепловых потерь среди узлов 20, 22, 24 LED.
В то время как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничивается прилагаемыми вариантами осуществления.
Например, отдельные элементы, показанные в разных конфигурациях в вышеприведенных вариантах осуществления, такие как структура с одним источником тока или структура со многими источниками тока, переключающие элементы 30, 32, 34 параллельные узлам LED, стабилизирующие конденсаторы 74, электрически расположенные параллельно узлам 20, 22, 24 LED, конденсатор 56 остаточного напряжения, линия 62 обратной связи и т.д. могут быть скомбинированы по-разному. SMPS 44 может быть реализован в различных топологиях схем импульсного преобразователя, например, наряду с показанным повышающим и понижающим-повышающим преобразователем альтернативно, также как понижающим преобразователем, преобразователем с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью или другим типом.
Другие разновидности для раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а употребление слов в единственном числе не исключает множественности. Тот факт, что определенные меры заявляются во взаимно-различных зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для выгоды. Все позиционные обозначения не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения.

Claims (37)

1. Схема освещения, включающая в себя
- выпрямитель (14) с входом, приспособленным для приема переменного напряжения (V),
- и по меньшей мере первый и второй узлы (20, 22, 24) LED, соединенные, чтобы быть запитанными электрической мощностью из упомянутого выпрямителя (14),
- при этом упомянутый первый узел (20) LED электрически последовательно соединяется с первым выходом (26) упомянутого выпрямителя (14), и упомянутый первый узел (20) LED дополнительно электрически последовательно соединен с входом (36) схемы (44) импульсного преобразователя,
- и упомянутый второй узел (22) LED электрически соединяется с выходом (48) упомянутой схемы (44) импульсного преобразователя,
- и при этом узел (40, 30) управления, приспособленный для процесса управления упомянутым первым узлом (20) LED, соединяется с отводом (46) в упомянутом последовательном соединении упомянутого первого узла (20) LED и упомянутого входа (36) схемы (44) импульсного преобразователя.
2. Схема освещения по п. 1, в которой
- упомянутый узел управления содержит переключающий элемент (30), приспособленный быть управляемым, по меньшей мере, в проводящем и непроводящем состоянии в зависимости от мгновенной величины переменного напряжения (V), которое выпрямляется упомянутым выпрямителем (14), причем упомянутый переключающий элемент (30) соединен для шунтирования упомянутого первого узла (20) LED в упомянутом проводящем состоянии; и
упомянутый первый узел (20) LED дополнительно соединяется электрически последовательно с входом (36) схемы (44) импульсного преобразователя так, что схема (44) импульсного преобразователя приспосабливается принимать ток, который также протекает через узел (20) LED.
3. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- упомянутый узел управления содержит управляемый источник (40) тока, соединенный между упомянутым отводом (46) и обратной шиной ко второму выходу (28) упомянутого выпрямителя (14).
4. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- упомянутая схема (44) импульсного преобразователя содержит, по меньшей мере, реактивный элемент (L), управляемый переключающий элемент (S) и схему (88) управления, приспособленную для управления упомянутым управляемым переключающим элементом (S) для многократного чередования между проводящим и непроводящим состоянием.
5. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- по меньшей мере, третий узел (24) LED электрически соединяется в упомянутом последовательном соединении между упомянутым первым выходом (26) упомянутого выпрямителя (14) и упомянутым входом (36) упомянутого импульсного преобразователя (44),
- и в которой узел (40) управления, приспособленный для процесса управления упомянутым третьим узлом (24) LED, соединяется с отводом в упомянутом последовательном соединении упомянутого третьего узла (24) LED, упомянутого первого выхода (26) упомянутого выпрямителя (14) и упомянутого входа (36) упомянутого импульсного преобразователя (44).
6. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- упомянутая схема (44) импульсного преобразователя содержит по меньшей мере две входные клеммы (36, 38),
- в которой конденсатор (56) соединяется между упомянутыми двумя входными клеммами (36, 38).
7. Схема освещения по п. 6, в которой
- упомянутый конденсатор (56) соединяется электрически последовательно, по меньшей мере, с упомянутым первым узлом (20) LED.
8. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- по меньшей мере, один из упомянутых узлов (20, 22, 24) LED содержит несколько элементов LED, электрически соединенных в последовательное, параллельное или последовательное/параллельное соединение.
9. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- стабилизирующий конденсатор (74) электрически соединяется параллельно по меньшей мере с одним из упомянутых узлов (20, 22, 24) LED.
10. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- упомянутый второй узел (22) LED соединяется электрически последовательно с упомянутым первым узлом (20) LED.
11. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- упомянутый второй узел (22) LED электрически соединяется между упомянутым первым узлом (20) LED и входом (36) упомянутой схемы (44) импульсного преобразователя.
12. Схема освещения по одному из предшествующих пунктов, в которой
- источник (16) тока соединяется электрически последовательно с упомянутым первым узлом (20) LED.
13. Способ управления схемой освещения, содержащий
- запитывание выпрямителя (14) переменным напряжением (V) для запитывания электрической мощностью из упомянутого выпрямителя (14) по меньшей мере первого и второго узла (20, 22) LED,
- при этом упомянутый первый узел (20) LED соединяется электрически последовательно с первым выходом (26) упомянутого выпрямителя, причем упомянутый первый узел (20) LED соединяется электрически последовательно с входом (36) схемы (44) импульсного преобразователя,
- и при этом упомянутый второй узел (22) LED электрически соединяется с выходом (48) упомянутой схемы (44) импульсного преобразователя,
- и при этом узел (40, 30) управления, приспособленный для процесса управления упомянутого первого узла (20) LED, соединяется с отводом (46) в упомянутом последовательном соединении упомянутого первого узла (20) LED и упомянутого входа (36) схемы (44) импульсного преобразователя.
14. Способ по п. 13, в котором упомянутый первый узел (20) LED дополнительно соединяется электрически последовательно с входом (36) схемы (44) импульсного преобразователя так, что схема (44) импульсного преобразователя приспосабливается принимать ток, который также протекает через первый узел (20) LED.
RU2017146237A 2015-05-28 2016-05-04 Эффективная схема освещения для светодиодных (led) узлов RU2713642C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15169530 2015-05-28
EP15169530.1 2015-05-28
PCT/EP2016/059968 WO2016188716A1 (en) 2015-05-28 2016-05-04 Efficient lighting circuit for led assemblies.

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017146237A RU2017146237A (ru) 2019-06-28
RU2017146237A3 RU2017146237A3 (ru) 2019-12-04
RU2713642C2 true RU2713642C2 (ru) 2020-02-05

Family

ID=53268721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146237A RU2713642C2 (ru) 2015-05-28 2016-05-04 Эффективная схема освещения для светодиодных (led) узлов

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9872348B2 (ru)
EP (1) EP3099139B1 (ru)
JP (1) JP6899331B2 (ru)
CN (1) CN107690834B (ru)
ES (1) ES2891550T3 (ru)
RU (1) RU2713642C2 (ru)
WO (1) WO2016188716A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10910873B2 (en) * 2016-06-10 2021-02-02 Asco Power Technologies, L.P. Method of identifying when to initiate control sequences
EP3607804B1 (en) * 2017-04-05 2020-08-05 Signify Holding B.V. Led lighting driver and drive method
US11233449B2 (en) * 2018-02-27 2022-01-25 Lumileds Llc Tapped single-stage buck converter LED driver
US11246203B2 (en) * 2018-02-27 2022-02-08 Lumileds Llc Tapped single-stage buck converter LED driver
US11425807B2 (en) * 2018-09-11 2022-08-23 Signify Holding B.V. LED lighting circuit and a lighting device comprising the same
CN112770441A (zh) * 2021-01-04 2021-05-07 杰华特微电子（杭州）有限公司 去频闪电路及去频闪方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011053708A1 (en) * 2009-10-28 2011-05-05 Once Innovations, Inc. Architecture for high power factor and low harmonic distortion led lighting
US20110227490A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Active-Semi, Inc. AC LED lamp involving an LED string having separately shortable sections
US20110273102A1 (en) * 2010-05-07 2011-11-10 Van De Ven Antony P Ac driven solid state lighting apparatus with led string including switched segments
WO2012131592A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Driving device and method for driving a load, in particular an led assembly
US20120299489A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Nichia Corporation Light-emitting diode driving device for reducing light off period
US20130026924A1 (en) * 2011-01-28 2013-01-31 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Led driving circuit package
US20130147358A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 Atmel Corporation Self-Power for Device Driver
EP2658348A2 (en) * 2012-04-23 2013-10-30 ABL IP Holding LLC System and method for controlling led segments to provide lighting effects
RU2540418C2 (ru) * 2009-09-30 2015-02-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Регулирование яркости схемы воздуждения светоизлучающих диодов

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8994276B2 (en) * 2006-03-28 2015-03-31 Wireless Environment, Llc Grid shifting system for a lighting circuit
US20080018261A1 (en) * 2006-05-01 2008-01-24 Kastner Mark A LED power supply with options for dimming
WO2008068705A1 (en) 2006-12-06 2008-06-12 Nxp B.V. Controlled voltage source for led drivers
US7535183B2 (en) 2007-04-27 2009-05-19 Korry Electronics Co. Apparatus and method to provide a hybrid linear/switching current source, such as for high-efficiency, wide dimming range light emitting diode (LED) backlighting
US8373346B2 (en) 2007-08-06 2013-02-12 Nxp B.V. Solid state lighting system and a driver integrated circuit for driving light emitting semiconductor devices
TWI495389B (zh) 2008-09-05 2015-08-01 Eldolab Holding Bv 以發光二極體為光源之照明系統
US8569956B2 (en) * 2009-06-04 2013-10-29 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices
US8729809B2 (en) * 2009-09-08 2014-05-20 Denovo Lighting, Llc Voltage regulating devices in LED lamps with multiple power sources
CN102640306B (zh) * 2009-12-22 2016-08-10 西铁城控股株式会社 Led驱动电路
US8456095B2 (en) * 2010-03-19 2013-06-04 Active-Semi, Inc. Reduced flicker AC LED lamp with separately shortable sections of an LED string
US9018851B1 (en) * 2010-08-24 2015-04-28 Cirrus Logic, Inc Boost and linear LED control
US20120139442A1 (en) * 2010-12-07 2012-06-07 Astec International Limited Mains Dimmable LED Driver Circuits
JP5475718B2 (ja) * 2011-05-27 2014-04-16 フェニックス電機株式会社 Ｌｅｄ点灯回路およびそれを備えるｌｅｄランプ
CN103636105B (zh) * 2011-06-30 2017-05-10 飞利浦照明控股有限公司 具有次级侧调光控制的变换器隔离led发光电路
KR20140124379A (ko) * 2012-01-20 2014-10-24 오스람 실바니아 인코포레이티드 조명 드라이버 회로를 위한 보조 전력공급장치
CN104206012B (zh) * 2012-03-21 2017-06-13 赤多尼科两合股份有限公司 含包括具有协调频率的高频调制脉冲群信号的调光信号用于led的操作电路
US9288867B2 (en) * 2012-06-15 2016-03-15 Lightel Technologies, Inc. Linear solid-state lighting with a wide range of input voltage and frequency free of fire and shock hazards
EP2918142A1 (en) 2012-11-06 2015-09-16 Koninklijke Philips N.V. Circuit arrangement and led lamp comprising the same
KR101267278B1 (ko) * 2012-11-22 2013-05-27 이동원 변조지수가 개선된 엘이디 조명장치
US9474111B2 (en) * 2013-02-06 2016-10-18 Cree, Inc. Solid state lighting apparatus including separately driven LED strings and methods of operating the same
US9661697B2 (en) * 2013-03-14 2017-05-23 Laurence P. Sadwick Digital dimmable driver
KR101588695B1 (ko) * 2013-10-31 2016-01-28 주식회사 솔루엠 발광 다이오드 구동 장치
JP6262557B2 (ja) * 2014-02-12 2018-01-17 株式会社小糸製作所 車両用灯具およびその駆動装置、その制御方法
US9844107B2 (en) * 2014-08-25 2017-12-12 Cree, Inc. High efficiency driver circuitry for a solid state lighting fixture

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540418C2 (ru) * 2009-09-30 2015-02-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Регулирование яркости схемы воздуждения светоизлучающих диодов
WO2011053708A1 (en) * 2009-10-28 2011-05-05 Once Innovations, Inc. Architecture for high power factor and low harmonic distortion led lighting
US20110227490A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Active-Semi, Inc. AC LED lamp involving an LED string having separately shortable sections
US20110273102A1 (en) * 2010-05-07 2011-11-10 Van De Ven Antony P Ac driven solid state lighting apparatus with led string including switched segments
US20130026924A1 (en) * 2011-01-28 2013-01-31 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Led driving circuit package
WO2012131592A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Driving device and method for driving a load, in particular an led assembly
US20120299489A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Nichia Corporation Light-emitting diode driving device for reducing light off period
US20130147358A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 Atmel Corporation Self-Power for Device Driver
EP2658348A2 (en) * 2012-04-23 2013-10-30 ABL IP Holding LLC System and method for controlling led segments to provide lighting effects

Also Published As

Publication number Publication date
JP6899331B2 (ja) 2021-07-07
RU2017146237A (ru) 2019-06-28
EP3099139B1 (en) 2021-07-07
CN107690834B (zh) 2019-12-27
US20160353535A1 (en) 2016-12-01
US9872348B2 (en) 2018-01-16
ES2891550T3 (es) 2022-01-28
JP2018522364A (ja) 2018-08-09
WO2016188716A1 (en) 2016-12-01
CN107690834A (zh) 2018-02-13
RU2017146237A3 (ru) 2019-12-04
EP3099139A1 (en) 2016-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2713642C2 (ru) Эффективная схема освещения для светодиодных (led) узлов
US9497811B2 (en) LED driver circuit
JP4745234B2 (ja) 電源装置
KR20120038466A (ko) 저가 전원 회로 및 방법
White et al. An average current modulation method for single-stage LED drivers with high power factor and zero low-frequency current ripple
RU2587475C2 (ru) Устройство драйвера и способ возбуждения для возбуждения нагрузки, в частности сборки светодиодов
US10356861B2 (en) Constant output current LED driver
CN104160781B (zh) 发光二极管的操作电路和操作方法
KR20110095639A (ko) 엘이디 조명등 모듈
WO2018122329A1 (en) Ac-dc converter circuit arrangement and method for operating a respective ac-dc converter circuit arrangement
JP2013254566A (ja) 光源点灯装置及び照明器具
US10404158B2 (en) Power factor correction (PFC) module operating in discontinuous current mode (DCM), system containing the PFC module and methods of operating therefor
TWI607667B (zh) 具有定電壓及定電流驅動電路之可調光發光二極體
KR101933823B1 (ko) 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 led 조명장치
JP2016178090A (ja) Ｌｅｄ点灯装置
Dong et al. Basic circuit theoretic considerations of LED driving: Voltage-source versus current-source driving
US20100270931A1 (en) Apparatus and methods of operation of passive led lighting equipment
JP2016058289A (ja) Ｌｅｄ電源及びｌｅｄ照明装置
CN102970786B (zh) Led点亮装置
JP5944672B2 (ja) Ｌｅｄ点灯装置、それを備えた照明器具、及び照明装置
KR101069550B1 (ko) 발광다이오드 모듈의 점등회로
KR20090056025A (ko) 엘이디등 전원장치
US11233449B2 (en) Tapped single-stage buck converter LED driver
Awad et al. Design Methodology of an Electrolytic Capacitorless LED Driver Using SEPIC PFC Converter
WO2024022764A1 (en) Device and method for controlling an overall power factor (pf) of two or more electronic circuits and lighting system