Регулируемый по силе света источник света со смещением по цветовой температуре

Изобретение относится к области светотехники. Устройство (1) освещения содержит входные выводы (2) для связи с сетью переменного тока (AC); цепочку (10) светоизлучающих диодов (LED), соединенную последовательно с входными выводами; выпрямитель (30), имеющий входные выводы (31, 32), соединенные последовательно с цепочкой LED, управляемый источник (40) напряжения, имеющий входные выводы, связанные с выходными выводами выпрямителя; последовательную компоновку по меньшей мере одного вспомогательного LED (51) и второго балластного резистора (52), соединенную с выходными выводами управляемого источника напряжения. Источник напряжения содержит последовательную компоновку регулируемого первого резистора (46) и второго резистора (47), соединенную параллельно с входными выводами; регулируемый полупроводниковый стабилитрон (49), соединенный параллельно с выходными выводами, имеющий управляющий входной вывод (48), соединенный с точкой соединения между двумя резисторами; при этом положительный выходной вывод соединен с положительным входным выводом, а отрицательный выходной вывод соединен с отрицательным входным выводом. Технический результат - упрощение регулирования устройства по силе света и смещение светоотдачи в более низкой цветовой температуре. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству освещения, содержащему светоизлучающие диоды (LED) в качестве источников света.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Использование LED в качестве источников света для освещения, а не просто как световых индикаторов, хорошо известно, начиная с разработки LED высокой мощности. Также является практически стандартным, что устройство освещения получает питание из сети, в Европе, как правило, напряжением 230 В и частотой 50 Гц. Так как LED требуют относительно низкого напряжения (как правило, порядка 3 В) и допускают протекание электрического тока только в одном направлении, были разработаны схемы управления для генерации постоянного тока светоизлучающих диодов (DC LED тока) на основе сети переменного тока (AC). Однако такие схемы управления являются относительно дорогостоящими.

В более простом подходе цепочка LED соединяется с сетью непосредственно, последовательно с балластным резистором. Для получения LED тока и, тем самым, светоотдачи в обеих половинах периода AC две такие цепочки соединяются встречно-параллельно. Идея состояла бы в том, что, например, 70 LED обеспечивали бы падение напряжения 210 В, в то время как остальные 20 В были бы обеспечены балластным резистором. Изменения напряжения были бы скомпенсированы балластным резистором.

Хотя простота этого подхода и, следовательно, относительно экономичная его реализация имеют определенные привлекательные стороны, имеется проблема, когда желательно, чтобы устройство освещения было регулируемым по силе света.

Для некоторых применений желательно, чтобы устройство освещения было не только регулируемым по силе света, но и чтобы цветовая температура светоотдачи смещалась к более низкому значению при регулировании силы света. Это требование особенно важно в случае небольших прикроватных ламп или настольных ламп, но могут быть и другие применения, где была бы желательна эта характеристика.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить простое и экономически эффективное устройство освещения, содержащее множество LED в качестве источников света, выполненных с возможностью регулирования силы света простым способом при одновременном смещении светоотдачи устройства автоматически к более низкой цветовой температуре.

Согласно важному аспекту настоящего изобретения, настраиваемый источник напряжения соединен последовательно по меньшей мере с одним белым LED, причем этот источник напряжения запитывает по меньшей мере один красный LED. Когда выходная мощность источника напряжения увеличивается, падение напряжения на источнике напряжения увеличивается так, чтобы белый LED получал меньше мощности, в то время как красный LED получал больше мощности.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 схематично изображает блок-схему устройства освещения;

фиг.2 схематично изображает блок-схему источника напряжения для использования в устройстве освещения по фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 схематично изображает блок-схему устройства 1 освещения согласно настоящему изобретению. Устройство 1 освещения содержит входные выводы 2 для подключения к сети переменного тока. Цепочка 10 LED соединена последовательно с входными выводами 2. Цепочка 10 LED содержит первую последовательность основных мощных LED 11 и вторую последовательность основных мощных LED 12, соединенную встречно-параллельно первой последовательности. Первый балластный резистор 13 соединен последовательно с цепочкой 10 LED.

Основные LED 11, 12 являются предпочтительно белыми LED. Однако также возможно, что один или более из этих LED являются окрашенными LED.

Выпрямитель 30 имеет свои входные выводы 31, 32, установленные последовательно с цепочкой 10 LED. Выпрямитель 30 может соответственно содержать мостовую схему из диодов, как это общеизвестно.

На своих выходных выводах 33, 34 выпрямитель 30 обеспечивает выпрямленное напряжение V1 постоянного тока. Если требуется, это напряжение может сглаживаться конденсатором, параллельным выходным выводам 33, 34, но это не показано для простоты.

Устройство 1 освещения дополнительно содержит управляемый источник 40 напряжения, имеющий входные выводы 41, 42, соединенные с выходными выводами 33, 34 выпрямителя, чтобы принимать выпрямленное напряжение V1 постоянного тока в качестве входного напряжения. Ссылочная позиция 45 указывает на управляемый пользователем вход управления. На его выходных выводах 43, 44 управляемый источник 40 напряжения обеспечивает выходное напряжение V2 постоянного тока, величина которого зависит от входного сигнала, принимаемого на входе 45 пользовательского управления. Последовательное соединение по меньшей мере одного вспомогательного LED 51 и второго балластного резистора 52 связано с выходными выводами 43, 44 управляемого источника 40 напряжения.

Обычно, только один вспомогательный LED 51 будет достаточным, но идея настоящего изобретения также применима, если два или более вспомогательных LED соединены последовательно.

Предпочтительно, вспомогательный LED 51 является красным мощным LED. Однако, идея настоящего изобретения также применима, если цвет вспомогательного LED 51 имеет более низкую цветовую температуру, чем цвет основных мощных LED 11, 12. Например, был бы возможен вариант осуществления, где основные мощные LED 11, 12 являются белыми LED, в то время как вспомогательный LED 51 является оранжевым или желтым LED. Дополнительно, в случае множества вспомогательных LED, не существенно, что все вспомогательные LED совместно имеют один и тот же цвет.

Следует отметить, что вместо управляемого источника 40 напряжения может использоваться управляемый источник тока.

Далее следует отметить, что вместо управляемого источника напряжения (или тока) постоянного тока может использоваться управляемый источник напряжения (или тока) переменного тока. В этом случае выпрямитель 30 может быть опущен, и вспомогательные LED могут содержать по меньшей мере два LED, установленные встречно-параллельно.

Основные LED 11, 12 и вспомогательный(е) LED 51 установлены близко друг к другу в устройстве 1 освещения, так что полный выходной свет, созданный устройством 1 освещения в целом, как воспринимается пользователем, является смесью отдельных световых выходов отдельных LED 11, 12, 51.

Ток, вырабатываемый сетью и принимаемый цепочкой 10 LED, будет обозначен как Imains. Этот ток также принимается как входной ток выпрямителем 30. Предполагается, что потери тока в выпрямителе 30 отсутствуют. Выпрямленный ток сети (выходной ток выпрямителя 30), который будет обозначен как <Imains>, предоставляется как входной ток источнику 40 напряжения. Часть выпрямленного тока сети будет потребляться управляемым источником 40 напряжения: этот ток будет обозначаться как балластный ток I1. Ток, сформированный на выходе источника 40 напряжения и принятый вспомогательным LED 51, будет обозначен как вспомогательный ток I2. Таким образом, должно быть ясно, что <Imains>=I1+I2.

Работа осуществляется следующим образом. Предположим, что пользователь установил управляемый источник 40 напряжения постоянного тока на низкое выходное напряжение, так что вспомогательный LED 51 не создает света или создает только малое количество света. Тогда, падение напряжения на входных выводах 41, 42 источника 40 напряжения относительно низкое, и, следовательно, падение напряжения на входных выводах 31, 32 выпрямителя 30 является низким, таким образом, цепочка 10 LED принимает максимальное напряжение возбуждения и создает максимальную светоотдачу.

Предположим, что пользователь регулирует управляемый источник 40 DC напряжения на более высокое выходное напряжение. Как следствие, вспомогательный LED 51 вырабатывает увеличенное количество света. Одновременно, падение напряжения на входных выводах 41, 42 источника 40 напряжения увеличивается, и, следовательно, падение напряжения на входных выводах 31, 32 выпрямителя 30 увеличивается, напряжение возбуждения для цепочки 10 LED уменьшается, и количество света, вырабатываемое цепочкой 10 LED, уменьшается. В целом, уровень светоотдачи устройства освещения уменьшается (регулируется для уменьшения силы света), в то время как относительное содержание красного света в светоотдаче увеличивается (смещение к более низкой цветовой температуре).

На фиг.2 представлена блок-схема варианта осуществления источника 40 напряжения, который является предпочтительным из-за его простоты. Регулируемый полупроводниковый стабилитрон 49 (например, стандартный компонент TL431 или LM431, коммерчески доступный от, например, Motorola, Texas Instruments, Fairchild Semiconductor) соединен параллельно с выходными выводами 43, 44. Последовательная компоновка первого резистора 46 и второго резистора 47 соединена параллельно с входными выводами 41, 42. Точка соединения между этими двумя резисторами 46, 47 связана с управляющим входным выводом 48 регулируемого полупроводникового стабилитрона 49. Положительный выходной вывод 43 соединен с положительным входным выводом 41, и отрицательный выходной вывод 44 соединен с отрицательным входным выводом 42. Один из резисторов 46, 47 является регулируемым резистором и реализует вход 45 пользовательского управления; в варианте осуществления, как показано, это относится к первому резистору 46, соединенному с положительным входным выводом 41.

Для схемы на фиг.2 выходное напряжение V2 удовлетворяет формуле V2=(1+R1/R2)·Vref,

причем R1 - значение сопротивления первого резистора 46;

R2 - значение сопротивления второго резистора 47;

Vref - внутреннее опорное напряжение регулируемого полупроводникового стабилитрона 49, в типовом случае приблизительно 1,2 В или 2,5 В.

Следует отметить, что в этой схеме V1=V2.

Если R1=0, то выходное напряжение V2 будет равно Vref, слишком низкое для вспомогательного LED 51, чтобы проводить ток (в зависимости от свойств вспомогательного LED 51 и второго балластного резистора 52). Поскольку входное напряжение V1 также будет равно Vref, то цепочка 10 LED принимает почти полное напряжение сети. Получающийся в результате большой основной ток <Imains> будет протекать, главным образом, через полупроводниковый стабилитрон 49 и частично через второй резистор 47.

Если R1 увеличивается, то выходное напряжение V2 будет возрастать, так что вспомогательный LED 51 может проводить больше тока I2 (точная величина вспомогательного тока I2 будет зависеть от свойств вспомогательного LED 51 и второго балластного резистора 52). Поскольку входное напряжение V1 также возрастает, цепочка 10 LED получает меньше напряжения и, таким образом, будет проводить меньше основного тока Imain. Разность I1=<Imains>-I2 будет протекать, главным образом, через полупроводниковый стабилитрон 49, обозначенный как Iz, и частично через первый и второй резисторы 46, 47. Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, надлежащий выбор компонентов, особенно первого и второго балластных резисторов 13, 52, и прямые напряжения LED 11, 12, 51, во взаимосвязи с количеством LED и их светоотдачей, приведут к желаемому смещению цвета при регулировании силы света.

Подводя итог, настоящее изобретение обеспечивает устройство 1 освещения, содержащее:

- входные выводы 2 для связи с сетью переменного тока;

- цепочку 10 LED, соединенную последовательно с входными выводами;

- выпрямитель 30, имеющий входные выводы, соединенные последовательно с цепочкой LED;

- управляемый источник 40 напряжения, имеющий входные выводы, связанные с выходными выводами выпрямителя;

- последовательную компоновку по меньшей мере одного вспомогательного LED 51 и второго балластного резистора 52, соединенную с выходными выводами управляемого источника напряжения.

Источник напряжения содержит:

последовательную компоновку регулируемого первого резистора 46 и второго резистора 47, соединенную параллельно с входными выводами;

регулируемый полупроводниковый стабилитрон 49, соединенный параллельно с выходными выводами, имеющий управляющий входной вывод 48, соединенный с точкой соединения между этими двумя резисторами.

Положительный выходной вывод соединен с положительным входным выводом, а отрицательный выходной вывод соединен с отрицательным входным выводом.

В то время как изобретение было проиллюстрировано и описано детально на чертежах и в предшествующем описании, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что такие иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, но не ограничительными. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления; напротив, различные изменения и модификации возможны в объеме защиты изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. Например, первый балластный резистор 13 может быть перемещен к выпрямителю 30 или источнику 40.

Дополнительно, цепочка 10 LED может иметь конфигурацию, отличающуюся от конфигурации, показанной на фиг.1. Например, цепочка LED может быть реализована как последовательная компоновка блоков LED, причем каждый блок LED содержит по меньшей мере один первый LED, соединенный встречно-параллельно с по меньшей мере одним вторым LED. Другие многозвенные конфигурации являются также возможными.

Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть понятны специалистам в данной области техники и осуществлены при практической реализации заявленного изобретения на основе изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащее" не исключает других элементов или этапов, и использование единственного числа не исключает множественного числа. Одиночный процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких блоков, упоминаемых в пунктах формулы изобретения. Тот факт, что определенные признаки процитированы во взаимно различных зависимых пунктах, не означает, что комбинация этих признаков не может использоваться выгодным образом. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый вместе или как часть других аппаратных средств, но может также распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.

1. Устройство освещения, содержащее:
входные выводы устройства освещения для связи с сетью переменного тока (АС);
цепочку светоизлучающих диодов (LED), соединенную последовательно с входными выводами устройства освещения;
выпрямитель, имеющий входные выводы, соединенные последовательно с цепочкой LED и входными выводами устройства освещения, и имеющий выходные выводы;
управляемый источник напряжения, имеющий входные выводы, связанные с выходными выводами выпрямителя, и имеющий выходные выводы;
последовательную компоновку по меньшей мере одного вспомогательного LED и вспомогательного балластного резистора, соединенных параллельно с выходными выводами управляемого источника напряжения,
причем коррелированная цветовая температура выходного света вспомогательного LED ниже, чем коррелированная цветовая температура выходного света цепочки LED.

2. Устройство освещения по п.1, дополнительно содержащее первый балластный резистор, соединенный последовательно с цепочкой LED и входными выводами выпрямителя.

3. Устройство освещения по п.1, в котором по меньшей мере некоторые из LED в последовательной цепочке LED являются белыми LED.

4. Устройство освещения по п.1, в котором вспомогательный LED содержит красный LED.

5. Устройство освещения по п.1, в котором выходные выводы выпрямителя включают в себя положительный выходной вывод и отрицательный выходной вывод, причем входные выводы управляемого источника напряжения включают в себя положительный входной вывод и отрицательный входной вывод, и управляемый источник напряжения содержит:
последовательную компоновку первого резистора и второго резистора, соединенную параллельно с входными выводами источника напряжения;
регулируемый полупроводниковый стабилитрон, соединенный параллельно с выходными выводами источника напряжения, причем регулируемый полупроводниковый стабилитрон имеет управляющий входной вывод, соединенный с точкой соединения между двумя резисторами;
при этом положительный выходной вывод выпрямителя соединен с положительным входным выводом управляемого источника напряжения, а отрицательный выходной вывод выпрямителя соединен с отрицательным входным выводом управляемого источника напряжения;
причем один из первого и второго резисторов (46, 47) является регулируемым резистором.

6. Устройство освещения по п. 5, в котором первый резистор, подсоединенный между положительным входным выводом и управляющим входным выводом регулируемого полупроводникового стабилитрона, является регулируемым резистором.

7. Устройство освещения по п.1, в котором цепочка LED содержит встречно-параллельную компоновку из первой последовательности основных мощных LED и второй последовательности основных мощных LED (12), соединенных встречно-параллельно с первой последовательностью.