Схема формирователя led-гирлянды, включающая в себя диод управления зарядом для конденсатора
Изобретение относится к компоновке (1) схемы для управления по меньшей мере одной нагрузкой (D1, D2, D3). Для того чтобы предоставлять средство извлечения вспомогательного источника питания из источника тока для того, чтобы управлять шунтирующим переключением, компоновка (1) схемы содержит входную клемму (11) для соединения с источником (30) питания, выходную клемму (12) для соединения по меньшей мере с одним элементом (20, 21, 22, 23) нагрузки, управляющую схему (10), содержащую устройство (13) управления, которое приспособлено, чтобы управлять по меньшей мере одним элементом (20, 21, 22, 23) нагрузки, и устройство (C) накопления энергии, которое приспособлено, чтобы подавать мощность устройству (13) управления. Дополнительно предусмотрен управляемый обходной переключатель (M4), при этом упомянутый обходной переключатель (M4) и упомянутая управляющая схема (10) соединены параллельно и подключены между упомянутой входной клеммой (11) и упомянутой выходной клеммой (12). Компоновка (1) схемы приспособлена, чтобы задействовать обходной переключатель (M4) для управления мощностью, предоставляемой управляющей схеме. Технический результат- снижение потерь установки. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к компоновке схемы для управления по меньшей мере одной нагрузкой, к LED-лампе, к усовершенствованному узлу для LED-лампы и к способу управления по меньшей мере одной нагрузкой.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Лампы на основе LED имеют постоянно растущее значение для технологии освещения. Низкое потребление мощности и длительный срок службы LED делают их очень привлекательным выбором для различных применений. Белые LED могут применяться в усовершенствованных лампах, которые могут заменять традиционные лампы накаливания. Кроме того, LED, имеющие различные цвета, известны в области техники. Также известно объединение красных, зеленых и синих LED для того, чтобы создавать впечатление фактически неограниченного множества цветов.
Большинство усовершенствованных LED-ламп, продаваемых сегодня, имеют управление включением/выключением, в то время как другие являются совместимыми по регулировке яркости с настенными светорегуляторами с отсечкой фазы. Новые разработки нацелены на добавление новых функций LED-лампам, типа беспроводного управления по ZigBee или WiFi. Для этих применений требуется вспомогательный источник питания, чтобы снабжать мощностью интегральную схему беспроводной связи, что увеличивает стоимость, а также сложность конструкции источника питания.
LED-лампа с настраиваемым цветом содержит различные LED (красный, зеленый и синий), при этом свет, выводимый из каждого LED, управляется индивидуально, чтобы создавать различные цвета. Типичная LED-лампа с множеством PWM-каналов (широтно-импульсная модуляция) (такими как R, G и B) требует преобразователя напряжения в ток и вспомогательного питающего напряжения для управления отдельными каналами. Высококачественное управление цветом требует точного управления током LED. Это обычно реализуется посредством точного уровня тока и PWM. Существуют различные способы, чтобы реализовать этот LED PWM-ток.
Например, на стадии преобразования мощности с помощью обратноходового преобразователя, т.е. с установкой типичного трансформатора, переменный ток (AC) сети электропитания может быть преобразован в два напряжения постоянного тока (DC), 32 В и 5 В. Напряжение 32 В затем преобразуется в постоянный ток с помощью вольтодобавочного преобразователя; установка, следовательно, также называется "контур двухэтапного преобразования мощности". Поскольку постоянный ток будет поддерживаться, даже когда выходное напряжение изменяется, возможно соединять множественные LED-каналы последовательно и управлять каждым каналом посредством закорачивания отдельных каналов согласно требуемым PWM-значениям (яркости).
Закорачивание может быть выполнено посредством так называемой шунтирующей топологии, которая применяется, чтобы управлять выводом света. При этом могут присутствовать один или несколько LED-каналов, соединенных последовательно. Каждый из LED-каналов содержит LED, который соединяется параллельно с шунтирующим переключателем, задействуемым так, чтобы управлять потреблением мощности соответствующего LED. В частности, шунтирующим переключателем может быть МОП-транзистор.
Для обратноходового преобразователя этой примерной установки совершенно обычным является регулирование выходного напряжения наибольшей выходной мощности (32В LED-схемы), полученной от основной обмотки обратноходового трансформатора. Вспомогательное питающее напряжение (5В) используется, чтобы питать управляющую электронику, и может быть получено от вспомогательной обмотки обратноходового трансформатора. Вследствие равенства напряжения обмоток трансформатора и шунтирующей топологии переключения колебания вспомогательного питающего напряжения могут возникать при изменении тока в основной обмотке. Следовательно, если применяется шунтирующая топология переключения, постоянное напряжение, чтобы питать управляющую электронику, такую как микроконтроллер или т.п., не может поддерживаться посредством вспомогательной обмотки, ответвленной от обратноходового трансформатора.
Дополнительно, существует также другая задача: иметь плавающее питающее напряжение, чтобы возбуждать шунтирующие переключатели.
С учетом вышеупомянутых проблем, целью настоящего изобретения является предоставление средства для извлечения вспомогательного источника питания из источника тока для того, чтобы управлять шунтирующим переключением с помощью экономичной, уменьшающей потери установки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проблема решается посредством компоновки схемы согласно пункту 1, LED-лампы согласно пункту 13 и способа согласно пункту 14 формулы изобретения.
Изобретенная компоновка схемы для управления по меньшей мере одной нагрузкой содержит входную клемму для соединения с источником питания и выходную клемму для соединения по меньшей мере с одним элементом нагрузки. "Нагрузка" здесь и в последующем контексте ссылается на любое устройство, которое потребляет мощность, когда напряжение прикладывается к нему. Мощность может быть преобразована в свет, механическую энергию, тепло и т.д. "Элемент нагрузки" ссылается на схему, содержащую нагрузку, в простейшем случае она состоит из одной нагрузки. Предпочтительно, по меньшей мере один элемент нагрузки содержит LED. Выражение "источник питания" в данном документе ссылается на любой вид источника электрической мощности, т.е. он может быть источником напряжения или источником тока, и он может предоставлять AC- или DC-напряжение (или ток, соответственно). Предпочтительно, компоновка схемы предназначена для соединения входной клеммы с источником постоянного тока. Вышеупомянутые соединения – и другие, упомянутые ниже – могут быть постоянными (например, сформированными посредством спайки) или разъемными, например, похожими на систему штепсельного соединителя. Кроме того, понятно, что, если соединение сформировано посредством токопроводящей дорожки на плате печатного монтажа, соответствующая клемма может быть физически неотличима от остальной токопроводящей дорожки. Выходная клемма приспособлена, чтобы предоставлять мощность по меньшей мере одному элементу нагрузки, по меньшей мере когда входная клемма соединена с источником питания.
Компоновка схемы дополнительно содержит управляющую схему и управляемый обходной переключатель. Управляющая схема содержит устройство управления, которое приспособлено, чтобы управлять по меньшей мере одним элементом нагрузки, и устройство накопления мощности, которое приспособлено, чтобы подавать мощность к устройству управления. Управление элементом нагрузки в данном документе ссылается на стабилизацию и/или изменение его рабочего состояния, например, посредством активации или деактивации нагрузки или изменения количества мощности, потребляемого им. Однако, в зависимости от типа нагрузки, множественные операционные параметры могут быть управляемыми.
В рамках изобретения может применяться управление с замкнутым контуром, а также управление с разомкнутым контуром, т.е. может использоваться или не использоваться обратная связь по состоянию элемента нагрузки. Предпочтительно, устройство управления приспособлено, чтобы управлять элементом нагрузки, так что рабочее состояние элемента нагрузки является временно зависимым. Управляющая возможность устройства управления может быть реализована в программном обеспечении или аппаратных средствах. Предпочтительно, устройство управления является микроконтроллером. Устройство накопления энергии способно накапливать энергию предпочтительно в электрическом и/или магнитном поле. Когда энергия накапливается в устройстве накопления энергии, оно способно по меньшей мере временно, подавать мощность к устройству управления. Следовательно, оно должно быть по меньшей мере временно электрически соединено с устройством управления. Обычно это соединение является постоянным.
Обходной переключатель является устройством, которое может переключаться между состоянием низкого сопротивления и состоянием высокого сопротивления. Здесь и в последующем переключатель в состоянии низкого сопротивления называется "замкнутым", в то время как состояние высокого сопротивления называется "разомкнутым". Промежуточные состояния и/или постоянное переключение между двумя вышеупомянутыми состояниями могут быть возможны, но не существенны для настоящего изобретения. Примеры обходного переключателя согласно изобретению включают в себя переключающие устройства, такие как механический переключатель, реле, тиристор или транзистор и, в частности, МОП-транзистор.
Согласно изобретению, обходной переключатель и управляющая схема соединяются параллельно и подключаются между упомянутой входной клеммой и упомянутой выходной клеммой. Следовательно, когда обходной переключатель замкнут, обход от входной клеммы до элемента нагрузки предоставляется относительно схемы управления, в то время как этот обход блокируется (или по меньшей мере уменьшается), когда обходной переключатель размыкается.
Кроме того, компоновка схемы приспособлена, чтобы задействовать обходной переключатель для управления мощностью, предоставляемой управляющей схеме. Т.е. компоновка схемы размыкает и замыкает обходной переключатель, тем самым энергия, предоставляемая управляющей схеме, управляется. Предпочтительно, ток между входной и выходной клеммой через управляющую схему управляется посредством задействования обходного переключателя. Предпочтительно, компоновка схемы приспособлена, чтобы заряжать устройство накопления энергии, когда обходной переключатель разомкнут.
Компоновка схемы приспособлена для соединения элемента нагрузки к выходной клемме, так что элемент нагрузки соединяется последовательно с каждым из обходного переключателя и управляющей схемы относительно входной клеммы. В этом случае, когда обходной переключатель замкнут, ток от входной клеммы через управляющую схему к выходной клемме уменьшается (и предпочтительно является незначительным), если сопротивление замкнутого обходного переключателя достаточно низкое. Когда обходной переключатель разомкнут, ток от входной клеммы через управляющую схему к выходной клемме увеличивается. Изменение тока через управляющую схему соответствует изменению мощности, предоставляемой ей.
Следовательно, возможно увеличивать мощность, предоставляемую управляющей схеме, чтобы заряжать устройство накопления энергии, размыкая обходной переключатель. Когда обходной переключатель замкнут, меньше мощности предоставляется (или мощность вовсе не предоставляется) управляющей схеме, которой может быть недостаточно, чтобы задействовать устройство управления. Однако устройство управления может все еще быть задействовано посредством мощности, которую предоставляет устройство накопления энергии. Когда элемент нагрузки (типа LED) соединяется с выходной клеммой и обходной переключатель замкнут, любая мощность, подаваемая на входной клемме, может, по существу, потребляться элементом нагрузки (поскольку переключатель может потреблять незначительное количество мощности), в то время как управляющая схема, которая обходится в этом состоянии, может, по существу, потреблять только мощность, подаваемую устройством накопления энергии.
Посредством изобретенной компоновки схемы устройство управления может быть сделано независимым – по меньшей мере, временно – от "внешнего" источника питания, соединенного с входной клеммой. Это обусловлено устройством накопления энергии, которое может поддерживать подачу питания к модулю управления, даже если управляющая схема обходится. В некоторых вариантах осуществления, которые будут объяснены ниже, (минимальное) рабочее напряжение для модуля управления может поддерживаться посредством устройства накопления энергии. С другой стороны, поскольку устройство накопления энергии использует мощность – т.е. обычно ток – подаваемую через входную клемму, нет необходимости в дополнительном источнике питания, вспомогательной обмотке или преобразователе для модуля управления. Следовательно, однокаскадный формирователь переменного тока в постоянный ток может быть использован в качестве источника питания, в то время как устройство управления само питается от того же тока, что и элемент(ы) нагрузки (например, LED), соединенный с выходной клеммой.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения компоновка схемы приспособлена, чтобы размыкать обходной переключатель, если уровень заряда устройства накопления энергии соответствует нижнему пороговому значению, и замыкать обходной переключатель, если упомянутый уровень заряда соответствует верхнему пороговому значению. В частности, уровень заряда может быть предоставлен посредством уровня напряжения. Поскольку устройство накопления энергии соединяется параллельно с устройством управления, этот уровень напряжения может быть легко определен посредством измерения напряжения в устройстве управления. Нижнее пороговое значение обычно будет выбираться так, что устройство управления сохраняется рабочим, хотя понятно, что временное прекращение электропитания устройства управления может быть приемлемым. Таким образом, когда уровень заряда падает до или ниже нижнего порогового значения, подзарядка устройства накопления энергии инициируется посредством размыкания обходного переключателя. Верхнее пороговое значение будет, как правило, выбираться, чтобы быть выше нижнего порогового значения. Однако два пороговых значения могут быть идентичны. В этом случае некоторый вид временной задержки может быть применен, чтобы предохранять схему от постоянного размыкания и замыкания обходного переключателя.
В качестве альтернативы, обходной переключатель может размыкаться и замыкаться согласно предварительно определенному временному шаблону. Это может, в частности, быть возможно, если все параметры, относящиеся к работе компоновки схемы (спецификации источника питания и элемент(ы) нагрузки и т.д.), известны, и рабочая характеристика может быть в значительной степени спрогнозирована заранее.
Предпочтительно, устройство управления приспособлено, чтобы выборочно управлять множеством элементов нагрузки. Это означает, что каждый из множества элементов нагрузки управляется индивидуально, например, один элемент нагрузки деактивируется, в то время как другой элемент нагрузки все еще активен. Изобретенная компоновка схемы особенно полезна, если устройство управления приспособлено, чтобы выборочно управлять LED-модулями многоцветной LED-лампы. В данном документе выражение "LED-модуль" ссылается на элемент нагрузки, содержащий по меньшей мере один LED. Обычно все LED в одном LED-модуле будут одинакового цвета, но "смешивание" различных цветов в одном LED-модуле также возможно. В многоцветной LED-лампе различные LED-модули содержат множество LED, имеющих различные цвета (или комбинации цветов). Например, один LED-модуль может содержать только синие LED, в то время как другой модуль содержит красные LED или комбинацию 50:50 из красных и зеленых LED.
Особенно предпочтительно, чтобы устройство управления было приспособлено, чтобы управлять красными, зелеными и синими LED-модулями LED-лампы с настраиваемым цветом. Как известно в области техники, LED-лампа с настраиваемым цветом содержит по меньшей мере один красный, один зеленый и один синий LED-модуль, при этом яркость каждого LED-модуля может управляться индивидуально (либо согласно предварительно определенному шаблону, либо согласно пользовательскому вводу), так что фактически любой цвет может быть создан посредством аддитивного смешения цветов.
Хотя управление обходным переключателем может осуществляться посредством отдельного компонента в компоновке схемы, предпочтительно, чтобы устройство управления было приспособлено управлять обходным переключателем. Таким образом, функции управления, существенные для настоящего изобретения – управление элементом нагрузки и управление обходным переключателем – могут быть размещены вместе в одном компоненте (например, микроконтроллере). Кроме того, в этом случае устройство управления само определяет источник своего питания, а именно либо источник питания, подключенный к входной клемме, либо устройство накопления энергии.
Предпочтительно, устройство накопления энергии является по меньшей мере одним конденсатором, и упомянутый конденсатор и устройство управления подключены параллельно относительно входной и выходной клеммы. В этом варианте осуществления конденсатор может заряжаться до напряжения, достаточного для работы устройства управления, в то время как обходной переключатель разомкнут. Когда обходной переключатель замкнут, конденсатор будет разряжаться, в то же время питая устройство управления с использованием мощности. Поскольку конденсатор соединен параллельно с устройством управления, напряжение, прикладываемое к устройству управления, определяется напряжением, до которого заряжен конденсатор. Этот вариант осуществления, таким образом, очень полезен для поддержания (относительно устойчивого) рабочего напряжения для модуля управления. Емкость конденсатора и продолжительность "интервала разряда" могут быть выбраны так, что напряжение не падает ниже уровня, необходимого для работы устройства управления. В качестве альтернативы или в дополнение к конденсатору, перезаряжаемая или аккумуляторная батарея могла бы быть использована в качестве устройства накопления энергии согласно изобретению.
Альтернативно или дополнительно, возможно, что элемент накопления энергии содержит элемент, имеющий индуктивность, типа катушки, который соединен последовательно с устройством управления. В этом случае индуктивность не допускает мгновенного падения тока через устройство управления, таким образом, подавая энергию к устройству управления по меньшей мере в течение коротких временных интервалов. Кроме того, энергия может накапливаться как кинетическая энергия, например, в охлаждающем вентиляторе, который попеременно работает как мотор ("интервал заряда") и как генератор ("интервал разряда").
Когда устройство накопления энергии предназначено, чтобы поддерживать подачу мощности для устройства управления, когда обходной переключатель замкнут, любая дополнительная утечка на элементе накопления энергии должна предотвращаться. Следовательно, предпочтительно, что компоновка схемы содержит элемент управления разрядом, который приспособлен, чтобы предохранять устройство накопления энергии от разряда через обходной переключатель. Это применимо, в частности, к моментам времени, когда обходной переключатель замкнут. Простой способ для того, чтобы добиться этого, заключается в том, чтобы предусматривать диод между входной клеммой и устройством накопления энергии. Таким образом, зарядный ток может протекать через диод, чтобы заряжать устройство накопления энергии, но когда обходной переключатель замкнут, ток разряда не может (или только незначительный) протекать через обходной переключатель. Вместо диода могут быть использованы более сложные выпрямительные элементы, которые известны в области техники. Вместо этих "статических" элементов возможно предусматривать второй переключатель, который замыкается, когда обходной переключатель размыкается, и наоборот. Также возможно, что обходной переключатель является тумблерным переключателем, который принимает на себя обе функции.
Одним аспектом настоящего изобретения является то, что оно может быть использовано в системе, где на работу нагрузок влияет некоторое внешнее воздействие. В одном таком варианте осуществления устройство управления приспособлено, чтобы принимать управляющий сигнал от модуля датчика. Такой модуль датчика может содержать, например, сенсорный датчик, датчик движения, датчик яркости и т.д. Например, если нагрузка является источником света типа LED, его яркость может управляться согласно окружающей яркости, или он может быть активирован посредством касания или движения. Очень предпочтительно, что, если модуль датчика требует источника питания, мощность предоставляется посредством устройства накопления энергии компоновки схемы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления устройство управления приспособлено принимать управляющий сигнал от приемника системы беспроводного дистанционного управления. Такая система дистанционного управления может, в частности, быть основана на известных стандартах, таких как ZigBee или WiFi. Радио или инфракрасные сигналы могут быть использованы, чтобы реализовать дистанционное управление. Если приемник требует источника питания, предпочтительно, чтобы мощность подавалась посредством устройства накопления энергии. Таким образом, беспроводное функционирование обеспечивается без необходимости в дополнительном источнике питания. Если требуется двухсторонняя связь (например, чтобы получать обратную связь о приеме управляющего сигнала), устройство управления может также быть приспособлено, чтобы управлять передатчиком системы беспроводного управления. При этом также предпочтительно, чтобы мощность, требуемая для работы передатчика, предоставлялась посредством устройства накопления энергии. Понятно, что приемник и/или передатчик, а также вышеупомянутые датчики, могут также быть интегрированы в устройство управления.
Компоновка схемы может дополнительно содержать по меньшей мере один элемент нагрузки, который соединяется с выходной клеммой. Т.е. что касается входной клеммы, элемент нагрузки соединен последовательно с обходным переключателем, а также с управляющей схемой. Предпочтительно, элемент нагрузки содержит модуль нагрузки и шунтирующее устройство, которые соединены параллельно друг с другом относительно выходной клеммы. "Блок нагрузки" при этом имеет значение, как объяснено выше. Шунтирующее устройство является устройством, имеющим по меньшей мере состояние высокого сопротивления и состояние низкого сопротивления. Поскольку шунтирующее устройство соединено параллельно с модулем нагрузки, ток через шунтирующее устройство увеличивается, и ток через модуль нагрузки уменьшается, если шунтирующее устройство переходит в состояние низкого сопротивления. Шунтирующее устройство может иметь промежуточные состояния между состоянием высокого сопротивления и состоянием низкого сопротивления. Шунтирующее устройство может, в частности, быть транзистором, предпочтительно МОП-транзистором. Альтернативно, например, могут быть применены тиристор, механический переключатель, оптопара, реле и т.д. Компоновка схемы согласно изобретению может быть усовершенствованным узлом для LED-лампы. Например, такой узел может быть приспособлен, чтобы "вставляться" между существующим LED-формирователем и LED-модулем, т.е. входная клемма соединяется с соответствующей клеммой LED-формирователя, в то время как LED-модуль соединяется с выходной клеммой. Таким образом, усовершенствованный узел может быть использован в качестве дополнительного модуля в существующей лампе. Конечно, усовершенствованный узел сам может также включать в себя LED-модуль.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения предоставляется LED-лампа, которая содержит изобретенную компоновку схемы, которая описана выше. Такая LED-лампа содержит по меньшей мере LED-модуль, который соединяется с выходной клеммой компоновки схемы и управляется посредством устройства управления. Обычно лампа будет также содержать источник питания, чтобы преобразовывать напряжение сети электропитания в DC-ток, подходящий для работы множества LED.
Другой аспект настоящего изобретения, наконец, предусматривает способ управления по меньшей мере одной нагрузкой с помощью компоновки схемы. Компоновка схемы содержит входную клемму для подключения к источнику питания, выходную клемму для подключения по меньшей мере к одному элементу нагрузки, управляющую схему, содержащую устройство управления и устройство накопления энергии, и обходной переключатель. При этом обходной переключатель и модуль управления подключены параллельно между упомянутой входной клеммой и упомянутой выходной клеммой. Согласно изобретенному способу устройство управления управляет по меньшей мере одним элементом нагрузки, устройство накопления энергии подает мощность к устройству управления, и компоновка схемы задействует обходной переключатель, чтобы управлять мощностью, предоставляемой управляющей схеме.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны и прояснены со ссылкой на описание предпочтительных вариантов осуществления вместе с приобщенными чертежами, на которых:
Фиг. 1 показывает вариант осуществления компоновки схемы согласно настоящему изобретению; и
Фиг. 2 является схематичным видом компонентов примерной LED-лампы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает компоновку 1 схемы согласно настоящему изобретению. Компоновка 1 схемы содержит управляющую схему 10, которая содержит конденсатор C в качестве устройства накопления энергии и микроконтроллер 13 в качестве модуля управления. Управляющая схема 10 соединяется параллельно с обходным МОП-транзистором M4. И управляющая схема 10, и обходной МОП-транзистор M4 подключаются между входной клеммой 11 и выходной клеммой 12. Входная клемма 11 соединяется с положительной клеммой 31 источника 30 постоянного тока, который предоставляется посредством LED-формирователя (не показан). Диод D4 управления зарядом подключается между конденсатором C и входной клеммой 11.
Выходная клемма 12 соединяется с первым из трех элементов 20, 21, 22 нагрузки, которые соединены последовательно. Каждый элемент 20, 21, 22 нагрузки содержит LED D1, D2, D3 для одного из красного, зеленого и синего цветов. Поскольку конфигурация каждого элемента 20, 21, 22 нагрузки идентична, только первый элемент 20 нагрузки будет описан подробно. Здесь первый LED D1 соединяется параллельно с первым МОП-транзистором M1, который служит в качестве шунтирующего переключателя. Постоянный ток, подаваемый посредством LED-формирователя, делится между первым LED D1 и первым МОП-транзистором M1, при этом потребление мощности первого LED D1 будет уменьшаться, если ток через первый МОП-транзистор M1 увеличивается.
Первый МОП-транзистор M1 задействуется микроконтроллером 13 посредством первого управляющего контакта 14. Первый управляющий контакт 14 соединяется с базой первого транзистора Q1, который является транзистором PNP-типа, через первый резистор R1. Эмиттер первого транзистора Q1 соединяется с диодом D4 управления зарядом, в то время как его коллектор соединен через второй резистор R2 с отрицательной клеммой 32 источника 30 постоянного тока и с базой второго транзистора Q2, который является транзистором NPN-типа, и базой третьего транзистора Q3, который является транзистором PNP-типа. Эмиттер второго транзистора Q2 соединяется с диодом D4 управления зарядом, в то время как его коллектор соединяется с эмиттером третьего транзистора Q3. Коллектор третьего транзистора Q3 соединяется с отрицательной клеммой 32.
Коллектор второго транзистора Q2 (и эмиттер третьего транзистора Q3) соединяются с затвором первого МОП-транзистора M1 через третий резистор R3. Микроконтроллер 13 также содержит второй и третий управляющие контакты 15, 16 для управления вторым и третьим МОП-транзистором M2, M3, соответственно. Второй и третий управляющие контакты 15, 16 соединены с набором резисторов и транзисторов способом, соответствующим первому рабочему контакту.
Дополнительно, микроконтроллер 13 содержит контакт 17 управления обходом, который соединен с затвором обходного МОП-транзистора M4 через четвертый резистор R4. Микроконтроллер 13 также обнаруживает напряжение на конденсаторе C и сравнивает его с нижним пороговым значением и верхним пороговым значением с помощью внутренней схемы компаратора (не показана).
Во время работы источник 30 тока предоставляет постоянный ток положительной клемме 31. При первоначальном включении обходной МОП-транзистор M4 выключен. Следовательно, постоянный ток проходит через микроконтроллер 13 и заряжает конденсатор C. Конденсатор C заряжается до тех пор, пока не будет достигнуто верхнее пороговое значение. В этот момент микроконтроллер 13 включает обходной МОП-транзистор M4. Теперь, ток источника 30 тока будет проходить через обходной МОП-транзистор М4 непосредственно к LED D1, D2, D3 и/или к шунтирующим переключателям M1, M2, M3. В этом состоянии ток от источника 30 тока не протекает (или ничтожно мал) в управляющую схему 10. Следовательно, микроконтроллер 13 теперь питается посредством конденсатора C, что заставляет напряжение конденсатора C падать. После того, как нижнее пороговое напряжение конденсатора C достигнуто, микроконтроллер 13 выключает обходной МОП-транзистор M4, и процесс заряда инициируется снова. Помещая источник поверх LED D1, D2, D3, как показано на фиг. 1, напряжение возбуждения затвора является достаточным, чтобы переключать обходной МОП-транзистор M4. Это плавающее/со стороны высокого напряжения питание также поддерживает шунтирующее переключение в качестве возбуждения затвора всегда более высоким, чем наивысшее прямое напряжение LED.
Микроконтроллер, к тому же, управляет выводом света первого, второго и третьего LED D1, D2, D3, управляя соответствующим МОП-транзистором M1, M2, M3. В качестве примера далее описывается работа первого МОП-транзистора M1.
Когда микроконтроллер 13 задает напряжение на первом управляющем контакте 14 в низкое значение, ток начинает протекать от эмиттера первого транзистора Q1 через его базу, через первый резистор R1 к микроконтроллеру 13. Первый транзистор Q1 включается, и напряжение на его коллекторе начинает увеличиваться. Когда напряжение коллектора первого транзистора Q1 является достаточным, он начинает предоставлять ток базе второго транзистора Q2, который, в свою очередь, начнет включаться. Напряжение эмиттера второго транзистора Q2 растет до напряжения его коллектора. В это время напряжение затвора первого МОП-транзистора M1 начинает увеличиваться, и, в конечном счете, первый МОП-транзистор M1 включается.
Чтобы выключать первый МОП-транзистор M1, напряжение первого управляющего контакта 14 задается высоким. Напряжение база-эмиттер первого транзистора Q1 падает и заставляет первый транзистор Q1 выключаться. После того как первый транзистор Q1 выключен, второй резистор R2 будет понижать напряжение базы второго и третьего транзистора Q2, Q3. Второй транзистор Q2 будет закрываться, а третий транзистор Q3 начнет проводить. Затвор первого МОП-транзистора M1 будет тогда разряжаться через третий резистор R3 и третий транзистор Q3 (и, до очень небольшой степени, через базу третьего транзистора Q3 и второй резистор R2). МОП-транзистор M1 будет выключаться.
Управление может следовать предварительно определенному временному шаблону. Однако микроконтроллер 13 может также быть частью устройства сети ZigBee. В этом случае пользователь может использовать ZigBee-совместимый пульт дистанционного управления (не показан), чтобы выбирать определенный RGB-цвет. Пульт дистанционного управления отправляет соответствующую команду микроконтроллеру 13, который, в свою очередь, соответствующим образом управляет МОП-транзисторами M1, M2, M3. Все устройство сети ZigBee может снабжаться мощностью тем же способом, что и микроконтроллер 13, т.е. посредством источника 30 постоянного тока и конденсатора C. Следовательно, возможно интегрировать ZigBee-функциональность в LED-лампу без необходимости в дополнительном источнике питания. Как упомянуто ранее, могут быть добавлены другие функциональные возможности вместо ZigBee также, например, WiFi, или микроконтроллер 13 может быть соединен с датчиком движения, сенсорным датчиком или т.п. В каждом из этих применений дополнительный источник питания не нужен для дополнительной функциональности.
Компоновка схемы, показанная на фиг. 1, может быть разделена на источник тока, нагрузку (состоящую из элементов нагрузки) и схему 40 электропитания и управления (см. фиг. 1). Последняя может применяться в качестве усовершенствованного узла для существующих светильников. Таким образом, новые признаки управления и функциональные возможности могут быть добавлены без необходимости замены всей лампы. Преимущество состоит в том, что вспомогательное электропитание не требуется, и все корректировки проводки могут быть выполнены на стороне низкого напряжения LED-формирователя 30, таким образом, делая модификации безопасными с точки зрения безопасности.
Фиг. 2 показывает пример того, как схема 40 электропитания и управления может быть использована в качестве дополнительного модуля на уровне системы. Показаны компоненты LED-лампы. LED-формирователь 30 соединяется с токонесущим проводом 50 и нейтральным проводом 51 питающей сети. Схема 40 электропитания и управления как часть усовершенствованного узла 41 может быть подключена к стороне низкого напряжения LED-формирователя 30. Любой из вышеупомянутых новых признаков (ZigBee или WiFi-функциональность и т.д.) интегрируется в усовершенствованный узел 41. Схема 40 электропитания и управления, в свою очередь, соединяется с нагрузкой 23 (ради простоты только множество LED показано без соответствующих шунтирующих переключателей), которая управляется посредством модуля 10 управления, интегрированного в часть 40 электропитания и управления. Как показано на фиг. 2, изобретенная компоновка 1 схемы может быть использована в качестве сборочного модуля, чтобы добавлять признаки управления светильнику, который применяет любой товарный LED-формирователь 30, который предоставляет возможность шунтирующего переключения. Это дает в результате меньшее число компонентов в ассортименте и легкость добавления новых функциональных возможностей существующим светильникам.
Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В предшествующем описании и в прилагаемой формуле изобретения ссылка на форму единственного числа также подразумевает охват множества и наоборот, а ссылка на конкретное число признаков или устройств не должна истолковываться как ограничивающая изобретение конкретными количествами признаков или устройств. Кроме того, такие выражения как "включает в себя" или "содержит" не исключают других элементов, а неопределенный артикль "a" или "an" не исключает множества.
Простой факт того, что определенные меры, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы изобретения, означает, что их комбинация может быть использована с выгодой. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие рамки формулы изобретения.
1. Компоновка (1) схемы для управления по меньшей мере одной нагрузкой (20, 21, 22, 23), содержащая по меньшей мере:
- входную клемму (11) для соединения с источником (30) электропитания,
- выходную клемму (12) для соединения, по меньшей мере, с одной схемой, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23),
- управляющую схему (10), содержащую
- устройство (13) управления, которое приспособлено управлять, по меньшей мере, одной схемой, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23), и
- устройство (С) накопления энергии, которое приспособлено подавать мощность к устройству (13) управления, и
- управляемый обходной переключатель (М4), причем
- упомянутый обходной переключатель (М4) и упомянутая управляющая схема (10) соединены параллельно и подключены между упомянутой входной клеммой (11) и упомянутой выходной клеммой (12), и
- компоновка (1) схемы приспособлена, чтобы задействовать обходной переключатель (М4) для управления мощностью, предоставляемой управляющей схеме (10);
причем ток источника питания (30) выполнен с возможностью проходить через обходной переключатель (М4) непосредственно к по меньшей мере одной цепи, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23).
2. Компоновка схемы по п. 1, причем компоновка (1) схемы приспособлена, чтобы размыкать обходной переключатель (М4), если уровень заряда устройства (С) накопления энергии соответствует нижнему пороговому значению, и замыкать обходной переключатель (М4), если упомянутый уровень заряда соответствует верхнему пороговому значению.
3. Компоновка схемы по любому из предшествующих пунктов, причем устройство (13) управления приспособлено, чтобы управлять обходным переключателем (М4).
4. Компоновка схемы по любому из пп. 1, 2, причем устройство (13) управления приспособлено, чтобы выборочно управлять множеством схем, содержащих нагрузку (20, 21, 22, 23).
5. Компоновка схемы по п. 4, причем устройство (13) управления приспособлено, чтобы выборочно управлять LED-модулями (D1, D2, D3) многоцветной LED-лампы.
6. Компоновка схемы по п. 5, причем устройство (13) управления приспособлено, чтобы управлять красным, зеленым и синим LED-модулями (D1, D2, D3) LED-лампы с настраиваемым цветом.
7. Компоновка схемы по любому из пп. 1, 2, 5, причем устройство накопления энергии является конденсатором (С), и упомянутый обходной переключатель (М4), упомянутый конденсатор (С) и устройство (13) управления соединены параллельно относительно упомянутых входной и выходной клемм (11, 12), и причем упомянутый конденсатор (С) выполнен с возможностью последовательного подключения к по меньшей мере одной схеме, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23), когда упомянутый обходной переключатель (М4) замкнут.
8. Компоновка схемы по любому из пп. 1, 2, 5, дополнительно содержащая элемент (D4) управления разрядом, приспособленный, чтобы предохранять устройство (С) накопления энергии от разряда через обходной переключатель (М4).
9. Компоновка схемы по любому из пп. 1, 2, 5, причем устройство (13) управления приспособлено принимать управляющий сигнал от модуля датчика.
10. Компоновка схемы по любому из пп. 1, 2, 5, причем устройство (13) управления приспособлено принимать управляющий сигнал от приемника системы беспроводного дистанционного управления.
11. Компоновка схемы по любому из пп. 1, 2, 5, дополнительно содержащая по меньшей мере одну схему, содержащую нагрузку (20, 21, 22, 23), которая подключена к выходной клемме (12).
12. Компоновка схемы по п. 11, причем схема, содержащая нагрузку (20, 21, 22, 23), содержит:
- модуль (D1, D2, D3) нагрузки и шунтирующее устройство (M1, М2, М3), которые соединены параллельно друг другу относительно упомянутой выходной клеммы (12).
13. LED-лампа, содержащая компоновку схемы по любому из пп. 1-12.
14. Способ управления по меньшей мере одной нагрузкой (20, 21, 22, 23) с помощью компоновки (1) схемы, которая содержит:
- входную клемму (11) для соединения с источником (30) электропитания;
- выходную клемму (12) для соединения по меньшей мере с одной схемой, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23);
- управляющую схему (10), содержащую
устройство (13) управления и
устройство (С) накопления энергии; и
- управляемый обходной переключатель (М4),
причем упомянутый обходной переключатель (М4) и упомянутая управляющая схема (10) соединены параллельно и подключены между упомянутой входной клеммой (11) и упомянутой выходной клеммой (12), и причем
- устройство (13) управления управляет по меньшей мере одной схемой, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23),
- устройство (С) накопления энергии подает мощность к управляющему устройству (13), и
- компоновка (1) схемы задействует обходной переключатель (М4) для управления мощностью, предоставляемой управляющей схеме (10);
причем ток источника питания (30) выполнен с возможностью проходить через обходной переключатель (М4) непосредственно к по меньшей мере одной цепи, содержащей нагрузку (20, 21, 22, 23).
