источник освещения с низким общим искажением высшими гармониками

Формула изобретения

1. Система освещения, выполненная с возможностью подключения к источнику электропитания, обеспечивающему электропитание переменного тока (АС), причем электропитание имеет циклы питания, содержащая:

первый модуль освещения, содержащий первое заданное количество светоизлучающих элементов;

второй модуль освещения, содержащий второе заданное количество светоизлучающих элементов, причем второй модуль освещения соединен параллельно с первым модулем освещения;

первый конденсатор, включенный последовательно с первым модулем освещения, причем первый конденсатор подключен параллельно к второму модулю освещения;

второй конденсатор, включенный последовательно с первым модулем освещения и вторым модулем освещения;

при этом, когда электрическое питание приложено к системе освещения, первый модуль освещения проводит электрический ток в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания, а второй модуль освещения проводит электрический ток в течение второго периода проводимости в пределах каждого цикла питания, причем

второй период проводимости является периодом в пределах каждого цикла питания, отличным от первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

2. Система освещения по п.1, в которой часть первого периода проводимости накладывается на часть второго периода проводимости.

3. Система освещения по п.1, в которой первый модуль освещения при подключении к электрическому источнику питания проводит электрический ток в течение третьего периода проводимости в пределах каждого цикла питания; а

второй модуль освещения при подключении к электрическому источнику питания проводит электрический ток в течение четвертого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

4. Система освещения по п.3, в которой часть третьего периода проводимости накладывается на часть четвертого периода проводимости.

5. Система освещения по п.1, в которой первый модуль освещения включает в себя множество пар светодиодов, причем каждая пара светодиодов включает в себя первый светодиод, подключенный в прямом направлении, и второй светодиод, подключенный в обратном направлении.

6. Система освещения по п.1, в которой первый модуль освещения включает в себя два набора светодиодов, причем первый набор светодиодов включает в себя множество светодиодов, последовательно включенных в прямом направлении, а второй набор светодиодов включает в себя множество светодиодов, последовательно включенных в обратном направлении.

7. Система освещения по п.1, в которой первое заданное количество меньше второго заданного количества.

8. Система освещения, выполненная с возможностью подключения к источнику электропитания, обеспечивающему электропитание переменного тока (АС), причем электропитание имеет циклы питания, содержащая:

первый модуль освещения, включающий в себя первое заданное количество светоизлучающих элементов;

первый выпрямитель, подключенный к первому модулю освещения, причем первый выпрямитель подключен для подачи первого выпрямленного сигнала к первому модулю освещения;

второй модуль освещения, включающий в себя второе заданное количество светоизлучающих элементов;

второй выпрямитель, подключенный к второму модулю освещения, причем второй выпрямитель подключен для подачи второго выпрямленного сигнала к упомянутому второму модулю освещения;

при этом первый выпрямитель и первый модуль освещения включены параллельно со вторым выпрямителем и вторым модулем освещения;

причем, когда электропитание приложено к системе освещения, первый модуль освещения проводит электрический ток в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания, а второй модуль освещения проводит электрический ток в течение второго периода проводимости в пределах каждого цикла питания, при этом

второй период проводимости является периодом в пределах каждого цикла питания, отличным от первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

9. Система освещения по п.8, в которой первый конденсатор соединен последовательно с первым модулем освещения.

10. Система освещения по п.8, в которой второй конденсатор соединен последовательно с первым модулем освещения и со вторым модулем освещения.

11. Система освещения по п.8, в которой третий конденсатор соединен параллельно с первым модулем освещения.

12. Система освещения по п.9, в которой четвертый конденсатор соединен параллельно со вторым модулем освещения.

13. Система освещения по п.8, в которой часть первого периода проводимости накладывается на часть второго периода проводимости.

14. Система освещения по п.13, в которой первый модуль освещения выполнен с возможностью при подключении к источнику электропитания проводить электрический ток в течение третьего периода проводимости в пределах каждого цикла питания; а

второй модуль освещения выполнен с возможностью при подключении к источнику электропитания проводить электрический ток в течение четвертого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

15. Система освещения по п.14, в которой часть третьего периода проводимости накладывается на часть четвертого периода проводимости.

16. Система освещения по п.8, в которой первое заданное количество меньше второго заданного количества.

17. Система освещения, выполненная с возможностью подключения к источнику электропитания, обеспечивающему электропитание переменного тока (АС), причем электропитание имеет циклы питания, содержащая:

первый контур протекания тока, включающий в себя первое заданное количество светоизлучающих элементов;

второй контур протекания тока, включающий в себя второе заданное количество светоизлучающих элементов,

причем второй контур протекания тока соединен параллельно с первым контуром протекания тока;

при этом первый контур протекания тока выполнен с возможностью проводить электрический ток в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания; а

второй контур протекания тока выполнен с возможностью проводить электрический ток в течение второго периода проводимости в пределах каждого цикла питания, причем

второй период проводимости является периодом в пределах каждого цикла питания, отличным от первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

18. Система освещения, выполненная с возможностью подключения к источнику электропитания, обеспечивающему электропитание переменного тока (АС), причем электропитание имеет циклы питания, содержащая:

первый модуль освещения, включающий в себя первое заданное количество пар светодиодов (СИД);

второй модуль освещения, включающий в себя второе заданное количество пар светодиодов (СИД),

причем второй модуль освещения соединен параллельно с первым модулем освещения;

при этом первый модуль освещения выполнен с возможностью при подключении к источнику электропитания проводить электрический ток и вследствие этого излучать свет в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания; а

второй модуль освещения выполнен с возможностью при подключении к источнику электропитания проводить электрический ток и вследствие этого излучать свет в течение второго периода проводимости в пределах каждого цикла питания, причем

второй период проводимости является периодом в пределах каждого цикла питания, отличным от первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

19. Способ генерирования света от электропитания переменного тока (АС), имеющего циклы питания, содержащий этапы, на которых:

обеспечивают источник питания переменного тока, причем переменный ток имеет, по существу, синусоидальные характеристики и содержит непрерывные циклы питания;

генерируют свет в течение первого периода проводимости во время каждого цикла питания с помощью первого модуля освещения в результате пропускания тока в течение первого периода проводимости; и

генерируют свет в течение второго периода проводимости во время каждого цикла питания с помощью второго модуля освещения в результате пропускания тока в течение второго периода проводимости;

при этом ток, пропускаемый в течение первого периода проводимости и второго периода проводимости, объединяют в общий ток проводимости, который имеет, по существу, синусоидальные характеристики, причем

второй период проводимости является периодом в пределах каждого цикла питания, отличным от первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

Настоящее изобретение, в общем, относится к системам освещения, имеющим характеристики с низким общим искажением высшими гармониками, и, более конкретно, к системе освещения, включающей в себя изобретенную конфигурацию излучающих свет устройств, таких как, например, светодиоды, для достижения характеристик с низким общим искажением высшими гармониками.

В системах освещения и в технологии, использовавшихся в прошлом и в настоящем все больше увеличивается потребность в достижении ряда взаимно конкурирующих и часто конфликтующих целей. Например, такие цели включают в себя, помимо прочего, надежность, минимальную стоимость и минимизацию электрических взаимных помех. Это не полный список. В частности, цель снижения до минимума электрических взаимных помех оказалась трудной для достижения без увеличения затрат и снижения надежности.

Системы освещения обычно соединяют с источником электрического питания переменного тока (АС) и генерируют свет, отбирая ток от источника питания переменного тока. В США переменный ток обеспечивает циклически изменяющееся напряжение, приблизительно 120 Вт RMS (среднеквадратичное значение) с пиковым значением напряжения в пределах от приблизительно плюс 170 вольт (В) до приблизительно минус 170 В. В Европе и в других странах, доступная энергия переменного тока составляет приблизительно 240 В RMS. В других странах могут использоваться другие частоты, например, 50 Гц. Другие платформы (например, авиационное электронное оборудование самолета) могут использовать такую частоту, как 400 Гц. Одни и те же принципы относятся к следующему описанию, независимо от применяемого колебательного напряжения или частоты.

Переменная энергия является циклической с частотой колебаний приблизительно 60 герц (Гц) для примера варианта применения. Каждое полное колебание напряжения рассматривается, как полный цикл для мощности, и включает в себя 360 градусов. Образец цикла мощности переменного тока часто иллюстрируют как синусоидальный график, как показано на фиг.1, на которой показано множество колебаний переменного напряжения, как представлено графиком 120v, вычерченным сплошной линией. На фиг.1 по горизонтальной оси представлено время, протекающее слева направо, и по вертикальной оси для сплошного графика 120v представлена амплитуда напряжения в вольтах. Как показано, один цикл мощности, в этом примере, продолжается приблизительно 16,7 миллисекунд (мс), которые получают, если одну секунду разделить на 60 циклов.

Электрические взаимные помехи часто измеряют как общее искажение высшими гармониками (ОИВГ) по сравнению с входной мощностью переменного тока. В настоящем контексте ОИВГ представляет собой меру степени или величину, в которой форма колебаний электрического тока, отбираемого из источника питания переменного тока, искажается по сравнению с синусоидальной формой переменного напряжения 120 В. Во множестве случаев ОИВГ выражают, как процент, рассчитанный как отношение суммы мощностей частот всех гармоник, превышающих частоту основной гармоники, к мощности частоты основной гармоники. В данном примере частота основной гармоники источника переменного тока составляет 60 Гц. Желательно свести к минимуму электрические взаимные помехи, генерируемые системой освещения, путем минимизации ОИВГ системы освещения.

Во многих системах освещения используют люминесцентные лампы, особенно для промышленного и коммерческого применения. Люминесцентные лампы являются более эффективными по сравнению с лампами накаливания. Однако люминесцентные лампы являются заметно более шумными. Таким образом, люминесцентные лампы отбирают ток из источника питания переменного тока таким образом, что генерируются нежелательно высокий уровень общего искажения высшими гармониками (ОИВГ). Это иллюстрируется с использованием фиг.1А и 2А.

На фиг.2А иллюстрируется система освещения, включающая в себя люминесцентную лампу 10, подключенную к электрической вилке 12. Вилка 12 выполнена с возможностью соединения с ней гнезда, которое обеспечивает электрическое питание 120 переменного тока (АС), описанное выше. На фиг.2А нагрузка для предоставляемого электрического питания 120 переменного тока представляет собой люминесцентную лампу 20. Часто индуктивность 15 последовательно соединена с лампой 10 для ограничения тока, протекающего через лампу 10. Представленный пунктирной линией график 10i представляет собой приближение формы тока, протекающего через лампу 10. Фактическая длительность протекания тока, максимальные и минимальные токи +I_MAX и -I_MIN, и точная форма пунктирного графика 10i зависят от множества факторов. Факторы могут включать в себя только, например, номинальную мощность лампы 10, окружающую температуру, точную форму колебаний и характеристики напряжения 120v питания, характеристики индуктивности 15, множество других, не перечисленных здесь, или комбинацию любого одного или больше из этих факторов. С целью описания уровня техники точное цифровое значение и точная форма этих кривых не являются важными; однако максимальный положительный и отрицательный токи, +I_MAX и -I_MAX обычно находятся в диапазоне от плюс до минус 670 мА (пик формы колебаний переменного тока). Форма показанной кривой 10i представляет собой только один из возможных образцов формы и может не означать точную форму графика протекающего тока, который может изменяться в широком диапазоне, как уже было отмечено выше.

На фиг.1А показан график, иллюстрирующий электрические характеристики системы освещения по фиг.2А. Как показано на фиг.1А и 2А, напряжение 120v питания переменного тока представлено графиком 120v синусоидальной формы, имеющим колебания 60 Гц. Ток, протекающий через люминесцентную лампу 10, представлен пунктирным графиком 10i. Приложенное переменное напряжение 120 обеспечивает протекание токов (как показано пунктирным графиком 10i) через люминесцентную лампу 10. Как показано на фиг.1А, форма тока 10i через люминесцентную лампу 10 сильно отличается от синусоидальной формы переменного напряжения 120v. Фактически, форма тока 10i сильно искажена по сравнению с формой переменного напряжения 120v. Это связано с тем, что люминесцентная лампа 20 представляет собой сильнонелинейную нагрузку для приложенного переменного напряжения 120v. Это связано с множеством факторов, включающих в себя, лишь для примера, рабочие характеристики люминесцентных ламп. Высокая степень искажений тока 10i означает, что общее искажение высшими гармониками является высоким.

В некоторых вариантах осуществления значение ОИВГ люминесцентных ламп превышает 100 процентов. Таким образом, больше тока отбирается на неосновных частотах по сравнению с током, отбираемым на основной частоте. Такое высокое значение ОИВГ приводит к множеству нежелательных эффектов, таких как, например, механическое напряжение, возникающее в проводах, цепях и во всех других системах, связанных с одним источником 120 переменного тока. Кроме того, высокие значения ОИВГ приводят к нежелательным уровням электрических шумов во всем окружающем пространстве и в совместно соединенных цепях и электрических системах. В некоторых нормативных документах сделаны попытки ограничить и регулировать значения ОИВГ в различных цепях, разрешенные для работы в пределах данной юрисдикции.

В большинстве систем освещения на основе люминесцентных ламп люминесцентная лампа изолирована от питания 120v переменного напряжения электронной балластной цепью, которая работает для снижения ОИВГ. На фиг.2В иллюстрируется система 2А освещения с электронным балластом 17, подключенным, с одной стороны, к люминесцентной лампе 10, а, с другой стороны, к электрической вилке 12. Электронный балласт 17 регулирует ток, протекающий через люминесцентную лампу 10, для уменьшения искажений формы тока, уменьшая, таким образом, ОИВГ. Однако электронный балласт 17 вводит дополнительные электрические компоненты. Такие дополнительные электрические компоненты увеличивают стоимость и уменьшают надежность системы освещения на основе люминесцентной лампы.

Новая и все более популярная технология освещения подразумевает использование светодиодов (СИД). Светодиоды эффективны с точки зрения затрат и имеют более высокую эффективность свечения по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами. На фиг.3 иллюстрируется система освещения, включающая в себя первый светодиод (СИД) 21, подключенный к вилке 12 в первом направлении, и второй светодиод (СИД) 22, подключенный к вилке 12 в противоположном направлении и также соединенный с СИД 21 параллельно. Совместно СИД 21 и 22 называются здесь парой 20 светодиодов. Как и в системе освещения на фиг.2А, вилка 12 выполнена с возможностью установки в гнезда, в которое подают электрическое питание 120, как описано выше. На фиг.3, нагрузкой электропитания 120 является пара 20 светодиодов. Светодиоды представляют собой диоды, которые проводят электрический ток в одном направлении. Для использования преимущества источника 120 питания переменного тока для получения света, два светодиода установлены так, как показано. Часто резистор 25 последовательно подключен с парой 20 светодиодов для ограничения тока, протекающего через пару 20 светодиодов.

На фиг.1В показан график, иллюстрирующий электрические характеристики системы освещения по фиг.3. Как показано на фиг.1В и 3, во время положительного участка 121 (также "положительной амплитуды") каждого цикла питания, точка 122 разветвления имеет положительное напряжение по сравнению с точкой 124 разветвления. Во время положительной амплитуды 121, первый светодиод 21 напряжение со смещением в прямом направлении, а второй светодиод 22 смещен в обратном направлении, таким образом, что ток не протекает через второй светодиод 22. Однако после того как будет достигнуто пороговое напряжение (+V _TH), ток протекает через первый светодиод 21, генерируя свет.

Во время отрицательного участка 123 (также, "отрицательная амплитуда") каждого из циклов питания, в точке с отметкой 124 возникает положительное напряжение по сравнению с точкой с отместкой 122. Во время отрицательной амплитуды 123, первый светодиод 21 получает обратное смещение, а второй светодиод 22 прямое смещение, таким образом, что ток не протекает через первый светодиод 21. Однако после того как будет достигнуто пороговое напряжение (-VTH), ток протекает через второй светодиод 22, генерируя свет.

Система освещения по фиг.3 имеет электрические характеристики, аналогичные характеристикам системы освещения по фиг.2А, хотя, возможно, с другой формой колебаний тока. Пунктирный график 16i на фиг.1В аппроксимирует форму тока, протекающего через пару 20 светодиодов. Фактическая длительность электропроводного состояния, максимальный и минимальный токи +I_MAX и -I_MIN, и точная форма пунктирного графика 16i зависят от множества факторов. Факторы могут включать в себя, например, только номинальную мощность пары 20 светодиодов, окружающую температуру, точную форму и характеристики напряжения 120 В питания, характеристики резистора 25, многие другие, не перечисленные здесь характеристики, или комбинацию любого одного или больше из этих факторов. С целью описания предшествующего уровня техники, точное цифровое значение и точная форма этих кривых не важны. В одном примере максимальный положительный и отрицательный токи, +I_MAX и -I_MAX типично находятся в диапазоне между плюс и минус 80 мА в каждом направлении.

Значение порогового напряжения (положительного и отрицательного) зависит от значения резистора 25 и характеристик пары 20 светодиодов. Величина тока зависит от множества факторов, включая в себя номинальное напряжение светодиодов 20 и значение резистора 25. И снова, здесь точные их цифровые значения не важны.

Как показано на фиг.1В, форма тока (представленная пунктирной линией на графике 16i) через пару 20 светодиодов не аналогична синусоидальной форме переменного напряжения 120 В и фактически сильно искажена по сравнению с формой напряжения 120 В переменного тока. Это связано с тем, что пара 20 светодиодов представляет чрезвычайно нелинейную нагрузку для прикладываемого напряжения 120 В переменного тока. Это связано с множеством факторов, включающих в себя, лишь к примеру, способ работы светодиодов для генерирования света. Высокая степень искажений тока 16i означает, что общие искажения высшими гармониками будут, соответственно, высокими. Фактически ОИВГ для пары светодиодов часто превышает 100 процентов.

Для реализации меньших значений ОИВГ для системы освещения на основе светодиодов, некоторые предлагают использовать сложные схемы возбуждения светодиодов между светодиодами и источником питания. Например, в патенте США 6,304,464 автора Jacobs описано использованию сложного "преобразователя обратного хода" для, помимо прочего, уменьшения ОИВГ. В другом примере в заявке на патент США регистрационный номер 11/086,955, имеющей дату подачи 22 марта 2005 г. и дату публикации 28 сентября 2006 г., описано использование сложного "цифрового преобразователя энергии для возбуждения светодиодов". Использование таких схем возбуждения светодиодов приводит к введению дополнительных электрических компонентов. Эти дополнительные электрические компоненты увеличивают сложность и стоимость и снижают надежность таких светодиодных систем.

В соответствии с этим остается потребность в системах освещения на основе светодиодов, имеющих еще меньшие уровни значений ОИВГ, при устранении или сведении к минимуму потребности в дополнительных цепях и компонентах.

Раскрытие изобретения

Эта потребность удовлетворяется с помощью настоящего изобретения. В первом варианте осуществления настоящего изобретения система освещения включает в себя первый модуль освещения, второй модуль освещения, первый конденсатор и второй конденсатор. Первый модуль освещения включает в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент. Второй модуль освещения включает в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент. Второй модуль освещения соединен параллельно с первым модулем освещения. Первый конденсатор соединен последовательно с первым модулем освещения. Первый конденсатор соединен параллельно со вторым модулем освещения. Второй конденсатор соединен последовательно, как с первым модулем освещения, так и со вторым модулем освещения. Когда электрическое питание прикладывают к системе освещения, первый модуль освещения проводит электрический ток в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания, и второй модуль освещения проводит электрический ток в течение второго цикла проводимости в пределах каждого цикла питания.

В системе освещения участок первого периода проводимости накладывается на участок второго периода проводимости. Первый модуль освещения, подключенным к электрическому источнику питания, также проводит в течение третьего периода проводимости в пределах каждого цикла питания, и второй модуль освещения, подключенным к электрическому источнику питания, также проводит в течение четвертого периода проводимости в пределах каждого цикла питания. Участок третьего цикла проводимости накладывается на участок четвертого цикла проводимости.

Первый и второй модули освещения системы освещения каждый может включать в себя множество пар светодиодов, в котором каждая пара светодиодов включает в себя первый светодиод, включенный в прямом направлении, и второй светодиод, включенный в обратном направлении.

В качестве альтернативы, первый и второй модули освещения системы освещения каждый может включать в себя два параллельных набора светодиодов, в которых первый набор из множества светодиодов, последовательно включенных в прямом направлении, и второй набор из множества светодиодов, последовательно включенных в обратном направлении.

Первый модуль освещения включает в себя первое заданное количество светодиодов, и второй модуль освещения включает в себя второе заданное количество светодиодов, в котором первое заданное количество меньше, чем второе заданное количество.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения система освещения выполнена с возможностью соединения с электрическим источником питания, обеспечивающим электропитание переменного тока (АС), причем электропитание имеет циклы питания. Система освещения включает в себя первый модуль освещения, первый выпрямитель, второй модуль освещения и второй выпрямитель. Первый модуль освещения включает в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент. Первый выпрямитель соединен с первым модулем освещения для предоставления первого выпрямленного сигнала в первый модуль освещения. Второй модуль освещения включает в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент. Второй выпрямитель соединен со вторым модулем освещения для предоставления второго выпрямленного сигнала ко второму модулю освещения. Первый выпрямитель и первый модуль освещения соединены параллельно со вторым выпрямителем и вторым модулем освещения. Когда электроэнергия приложена к системе освещения, первый модуль освещения проводит электрический ток в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания, и второй модуль освещения проводит электрический ток в течение второго периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

Система освещения также может включать в себя первый конденсатор, последовательно соединенный с первым модулем освещения. Система освещения также может включать в себя второй конденсатор. Второй конденсатор последовательно соединен, как с первым модулем освещения, так и со вторым модулем освещения. Система освещения также может включать в себя третий конденсатор, включенный параллельно с первым модулем освещения, и четвертый конденсатор, включенный параллельно со вторым модулем освещения.

В системе освещения участок первого периода проводимости накладывается на участок второго периода проводимости. В системе освещения первый модуль освещения, будучи соединенным с источником электропитания, проводит в течение третьего периода проводимости в пределах каждого цикла питания, и второй модуль освещения, будучи соединенным с источником электропитания, проводит в течение четвертого периода проводимости в пределах каждого цикла питания. Участок третьего периода проводимости накладывается на участок четвертого периода проводимости. Первый модуль освещения включает в себя первое заданное количество светодиодов, и второй модуль освещения включает в себя второе заданное количество светодиодов, в котором первое заданное количество меньше, чем второе заданное количество.

В третьем варианте осуществления настоящего изобретения система освещения выполнена с возможностью подключения источника электропитания, предоставляющего электропитание переменного тока (АС), электропитание имеет циклы мощности. Система освещения включает в себя первый контур протекания тока и второй контур протекания тока. Первый контур протекания тока включает в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент. Второй контур протекания тока включает в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент и соединен параллельно с первым каналом передачи тока. Первый контур протекания тока выполнен с возможностью проводить электрический ток в течение первого периода проводимости в пределах каждого цикла питания, и второй контур протекания тока выполнен с возможностью проводить электрический ток в течение второго периода проводимости в пределах каждого цикла питания.

В четвертом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ генерирования света от источника электропитания переменного тока (АС), имеющего циклы питания, способ включает в себя следующие этапы: во-первых, предусматривают источник питания переменного тока, переменный ток имеет характеристику, по существу, синусоидального потока и включает в себя непрерывные циклы питания; свет генерируют в течение первого периода проводимости во время каждого цикла питания, используя первый набор излучающих свет устройств (светодиодов), в результате проводимости тока в течение первого периода проводимости; свет генерируют в течение второго периода проводимости во время каждого цикла питания, используя второй набор излучающих свет устройств (светодиодов) в результате проводимости тока в течение второго периода проводимости; и ток, проводимый во время первого периода проводимости и второго периода проводимости, объединяют в общий поток тока проводимости, который, по существу, имеет синусоидальную характеристику потока.

Краткое описание чертежей

На фиг.1А показан график, иллюстрирующий электрические характеристики системы освещения по фиг.2А;

На фиг.1В показан график, иллюстрирующий электрические характеристики системы освещения по фиг.3;

На фиг.2А показана схема системы освещения предшествующего уровня техники, включающей в себя флуоресцентную лампу;

На фиг.2В показана схема системы освещения предшествующего уровня техники, иллюстрируемой на фиг.2А, с дополнительным компонентом;

На фиг.3 показана схема системы освещения предшествующего уровня техники, включающая в себя светодиоды;

На фиг.4 показана схема системы освещения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.5, 6, 7, 8 и 9 иллюстрируются графики, представляющие различные электрические характеристики систем освещения по фиг.4, 10 и 11;

На фиг.10 показана схема системы освещения в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.11 показана схема системы освещения в соответствии с еще одним, другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.12а-12е, включительно, иллюстрируются графики, представляющие различные электрические характеристики систем освещения по фиг.11; и

На фиг.13 показана схема системы освещения в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Система освещения в соответствии с настоящим изобретением включает в себя элементы освещения, такие как, но без ограничений, светодиоды (СИД) в конфигурации, которая минимизирует общее искажение высшими гармониками, и не требует при этом использования отдельных и сложных схем возбуждения. Здесь проблема, как описано выше, состоит в том, чтобы генерировать свет от электропитания переменного тока (АС) (электропитания, имеющего циклы), причем с более низкими уровнями искажений (ОИВГ, общее искажение высшими гармониками), чем было возможно ранее. В настоящем изобретение это осуществляется, благодаря использованию по меньшей мере двух модулей освещения, включенных параллельно, причем каждый модуль является электропроводящм (отбирает ток, генерируя, таким образом, свет) в течение разных периодов каждого периода питания. Такие токи комбинируют так, чтобы форма общего тока, отбираемого системой освещения, была более похожа на синусоидальную форму питания переменного тока. Таким образом, график тока системы освещения в соответствии с настоящим изобретением имеет меньшее искажение по сравнению с синусоидальной формой питания переменного тока, чем искажения графика тока в системах освещения предшествующего уровня техники.

На фиг.4 иллюстрируется один вариант осуществления системы 100 освещения в соответствии с настоящим изобретением. Система 100 освещения в соответствии с настоящим изобретением включает в себя первый модуль 30 освещения и второй модуль 40 освещения. Первый модуль освещения выполнен с возможностью подключения к источнику 120 электропитания через электрическую вилку 12. Источник 120 электропитания обеспечивает электрическое питание переменного тока (АС), электрическое питание имеет циклы питания. В США энергия переменного тока обеспечивает циклическое напряжение на уровне приблизительно 120 В RMS (среднеквадратичное) с пиковым значением напряжения в диапазоне от приблизительно плюс 170 В до приблизительно минус 170 В. В Европе и в других странах, доступное питание переменного тока составляет приблизительно 220 В RMS. Первый модуль 30 освещения определяет первый контур протекания тока, а второй модуль 40 освещения определяет второй контур протекания тока.

Питание 120 переменного тока является циклическим в том, что питание переменного тока имеет частоту колебаний приблизительно 60 герц (Гц). На фиг.5 иллюстрируется множество колебаний переменного напряжения питания, как представлено графиком 120v, выполненным сплошной линией. Каждое полное колебание напряжения рассматривают как полный цикл питания, оно включает 360 градусов. На фиг.5, на горизонтальной оси представлено время слева направо, а на вертикальной оси графика 120 В представлена амплитуда напряжения в вольтах. Как показано, один цикл питания, в данном примере, длится приблизительно 16,7 миллисекунд (мс), что представляет собой одну секунду, разделенную на 60 циклов. Для удобства представленного здесь описания, один период 125 цикла питания используется для описания операций системы 100 освещения по фиг.4. Что касается начала и окончания периода 125 цикла питания, не имеет значения, где, как считается, начинается цикл питания и где он заканчивается, если только период цикла 125 питания включает полное колебание, полные 360 градусов.

Продолжая рассматривать фиг.4, первый модуль 30 освещения включает в себя по меньшей мере один излучающий свет элемент. В представленном примерном варианте осуществления первый модуль 30 освещения включает в себя 12 пар светодиодов (в общей сложности 24 отдельных светодиода), каждая пара светодиодов имеет один светодиод с прямым смещением и один светодиод с обратным смещением. В иллюстрируемом примерном варианте осуществления, как можно видеть, каждый из светодиодов первого модуля 30 освещения имеет напряжение включения (пороговое напряжение) 2,5 В, и рабочее напряжение 3,3 В. Такие светодиоды доступны на рынке как, например, LW540 производства Seoul Semiconductor Company, Ltd. Соответственно, в каждом направлении протекания электрического тока первый модуль 30 освещения представляет пороговое напряжение включения 30,0 В, V_THESHOLD. Это число составляет 2,5 В, умноженные на 12 светодиодов в определенном направлении. И снова, настоящее изобретение не ограничено в своем объеме этим иллюстрируемым вариантом осуществления. Выбор направления, такого как "прямое" или "обратное", является произвольным для настоящего изобретения; однако для приведенного здесь описания направление, начинающееся в узле 126, через модули 30 и 40, и заканчивающиеся в узле 150, рассматривается здесь как "прямое". Количество светодиодов может изменяться в диапазоне от одного до множества, в зависимости от характеристик светодиодов, требуемого графика тока и т.д.

В иллюстрируемом варианте осуществления элементы освещения представляют собой светодиоды (СИД); однако настоящее изобретение не ограничено светодиодами в качестве излучающих свет элементов, и может включать в себя другие излучающие свет устройства, такие как, для примера, органический светодиод (ОСИД), излучающий свет полимер (LEP) и устройство органической электролюминесценции (OEL) или другие средства освещения.

Второй модуль 40 освещения также выполнен с возможностью подключения к источнику 120 электропитания через электрическую вилку 12. Второй модуль 40 освещения включает в себя по меньшей мере один излучающий свет элемент. В представленном примерном варианте осуществления второй модуль 40 освещения включает в себя 21 пару светодиодов (в сумме 42 отдельных светодиода), каждая пара светодиодов имеет один светодиод с прямым смещением и один светодиод с обратным смещением. Второй модуль 40 освещения подключен параллельно к первому модулю 30 освещения.

В иллюстрируемом примерном варианте осуществления каждый из светодиодов первого модуля 40 освещения имеет напряжение включения (пороговое напряжение) 2,5 В. Соответственно, для каждого направления протекания электрического тока, первый модуль 40 освещения представляет пороговое напряжение включения 52,5 В, V_THESHOLD. Это число получают при умножении 2,5 В на 21 светодиод в определенном направлении. Количество светодиодов может изменяться от одного до множества, в зависимости от характеристик светодиодов, требуемого графика тока и т.д. Второй модуль 40 освещения включает в себя большее количество элементов освещения по сравнению с количеством элементов освещения в первом модуле 30 освещения.

Первый конденсатор 50 последовательно включен с первым модулем 30 освещения. Первый конденсатор включен параллельно со вторым модулем 40 освещения. В иллюстрируемом варианте осуществления первый конденсатор 50 имеет значение приблизительно 2,7 микрофарад (мкФ).

Второй конденсатор 52 последовательно соединен, как с первым модулем 30 освещения, так и со вторым модулем 40 освещения, как представлено на чертеже. Кроме того, второй конденсатор 52 последовательно включен с первым конденсатором. Фактически, второй конденсатор 52 соединен с источником 120 питания на одной стороне, а на его другой стороне, второй конденсатор 52 подключен к первому конденсатору 50 и ко второму модулю 40 освещения. В иллюстрируемом варианте осуществления второй конденсатор 52 имеет значение приблизительно 3,3 мкФ.

Работа системы 100 освещения по фиг.4 описана ниже со ссылкой на фиг.5-9. На фиг.5 показан график, иллюстрирующий переменное напряжение в течение длительного времени, когда источник 120 питания переменного тока подает напряжение 120v, как питание переменного тока, переменное напряжение в узле 130 имеет переменное напряжение 130v, и переменное напряжение в узле 140 имеет переменное напряжение 140v. Узлы 130 и 140 на фиг.4 и другие "узлы" на чертеже в соответствии с настоящим изобретением просто обозначают место или точку (цепи или устройства), обозначенные номером ссылочной позиции и их линией выноски. В соответствии с этим, термин "узел" не обозначает какую-либо структуру или специальный выступ.

На фиг.4 и 5 показано напряжение питания переменного тока, колеблющееся между приблизительно плюс 170 В и приблизительно минус 170 В. И снова, это относится к США, где типично через розетки электросети переменного тока подают 120 В RMS переменного напряжения. В Европе и в других странах, доступное переменное напряжение составляет приблизительно 220 В RMS. Один цикл напряжения 120 В питания переменного тока представлен как период 125 цикла питания, который начинается в момент времени T₁ и заканчивается в момент времени Т₂. В качестве начала и окончания периода 125 цикла питания, не имеет значения, где, как считается, цикл питания начинается, и где он заканчивается, если только период 125 цикла питания включает в себя полное колебание, все 360 градусов. На фиг.5, для удобства описания период 125 цикла питания показан как начинающийся в момент времени T ₁, когда напряжение равно нулю, продолжающийся в течение его положительного периода 121 колебания (180 градусов), проходящий через ноль вольт и в течение его отрицательного периода 123 колебания (180 градусов) обратно к нулевому напряжению в момент времени Т₂, заканчивающему, таким образом, 360 градусов. В настоящем примере период 125 цикла питания равен приблизительно 16,7 миллисекунд (мс). Опорные значения времени (на чертежах и также используемые в описании) обозначены здесь T_N , где используемый нижний индекс N обозначает различные точки на временной шкале и тем самым не обозначает, что эти опорный точки возникают в последовательности в соответствии со значением числа N.

Напряжение 120 В питания поступает от источника 120 питания через подключенную вилку 12, и поступает на второй конденсатор 52. Второй конденсатор 52 имеет емкость и оказывает емкостное сопротивление для входящего напряжения питания таким образом, что в узле 140 цикл 120v напряжения питания задерживается практически приблизительно на 15,1 мс. Задержанное переменное напряжение 140 В в узле 140 иллюстрируется на фиг.5. Один цикл 140v переменного напряжения представлен как период 145 цикла, который начинается в момент времени Т₅ и заканчивается в момент времени Т₆. Что касается начала и окончания периода 145 цикла, не важно, где, как считается, период цикла начинается, и где он заканчивается, если только период 145 цикла включает в себя полное колебание, все 360 градусов.

На фиг.5, для удобства описания, период 145 цикла иллюстрируется, как начинающийся в момент времени Т₅ , когда напряжение равно нулю, продолжающийся в течение его положительного периода колебания, проходя через ноль вольт, и в течение его отрицательного периода колебания обратно к напряжению ноль вольт в момент времени Т₆, заканчивая, таким образом, свои 360 градусов. В настоящем примере период 145 цикла также приблизительно равен 16,7 мс. Период 145 цикла задержан относительно периода 125 цикла питания приблизительно на 15,0 мс, что составляет приблизительно 335 градусов на синусоидальной кривой. Это условие функционально эквивалентно тому, что период 145 цикла опережает период 125 цикла питания приблизительно на 1,6 мс или приблизительно на 25 градусов (360 минус 335 градусов). Такие условия запаздывания (в случае, когда задержка составляет больше, чем 180 градусов) обычно называют периодом 145 цикла, опережающим период 125 цикла питания. Такое условие используется в этом документе. Опережение напряжения 140v по сравнению с напряжением 120v питания представлено, как зазор 149.

Напряжение 140 В в узле 140 определяется первым конденсатором 50. Первый конденсатор 50 представляет емкость и составляет емкостное сопротивление для напряжения 140 В, так что в узле 130 напряжение 130 В опережает напряжение 140v приблизительно на 1,9 мс и опережает напряжение 120 В питания приблизительно на 3,2 мс. Задержанное напряжение 130 В переменного тока в узле 130 показано на фиг.5. Один цикл напряжения 130 В переменного тока иллюстрируется как период 135 цикла, который начинается в момент времени Т₃ и заканчивается в момент времени Т₄. Что касается начала и окончания периода 135 цикла, не имеет значения, где период цикла, как считается, начинается, и где он заканчивается, если только период 135 цикла включает в себя полное колебание, все 360 градусов. Фактические пиковые (как положительные, так и отрицательные) значения переменного напряжения 140 В, V_PEAK-140, могут изменяться в зависимости от варианта осуществления и от пиков напряжения 120 В питания. В представленном примере варианта осуществления положительные и отрицательные пиковые напряжения V_PEAK-140 приблизительно составляют плюс и минус 92 В. Опережение напряжения 130 В по сравнению с напряжением 120 В питания иллюстрируется как зазор 139.

На фиг.5, для удобства описания период 135 цикла иллюстрируется, как начинающий в момент времени Т₃ , когда напряжение равно нулю, продолжающийся в течение его периода положительного колебания, проходящий через ноль вольт, и в течение его отрицательного периода колебания обратно к напряжению ноль вольт в момент времени Т₄, заканчивая, таким образом, свои 360 градусов. В настоящем примере период 135 цикла также приблизительно равен 16,7 мс. Период 135 цикла опережает период 125 цикла питания приблизительно от 3,1 мс или приблизительно на 86 градусов. Переменное напряжение 130v прикладывается к первому модулю 30 освещения. Фактические пиковые (как положительные, так и отрицательные) значения переменного напряжения 130v, V _PEAK-130, могут изменяться в зависимости от варианта осуществления и пиков напряжения 120v питания, V_PEAK-140, или обоих. В иллюстрируемом примерном варианте осуществления V_PEAK-130 приблизительно составляет плюс и минус 52 В.

На фиг.6 показан график, иллюстрирующий переменное напряжение в узле 130 как переменное напряжение 130 В, а ток, протекающий через первый модуль 30 освещения, как на графике 130i, представленном пунктирной линией. Работа участков системы 100 освещения, описанная со ссылкой на фиг.4 и 6, начинается с момента времени Т₃ . В течение времени положительного колебания 131 переменного напряжения 130 В, напряжение 130 В увеличивается от нуля до некоторого порогового напряжения включения (в прямом направлении) в момент времени T_3A. Начиная с момента T_3A, светодиоды 32 с прямым смещением первого модуля 30 освещения начинают проводить электрический ток, генерируя, таким образом, свет. Во время положительного колебания 131, обратно смещенные светодиоды 34 не проводят электричество. Светодиоды 32 с прямым смещением продолжают проводить ток до момента времени T_3B, когда переменное напряжение 130 В уменьшается ниже порогового напряжения. Период времени между T_3A и T_3B называется первым периодом 136 проводимости. Фактическое значение порогового напряжения, V _THESHOLD зависит от конкретного выполнения системы. В представленном варианте осуществления +V_THESHOLD составляет приблизительно 34 В. Фактические пиковые (как положительные, так и отрицательные) значения тока 1301, I_PEAK-130 могут изменяться в зависимости от варианта выполнения системы. В представленном примерном варианте осуществления положительные и отрицательные пиковые токи I _PEAK-130 приблизительно составляют плюс и минус 80 мА.

Во время отрицательного колебания 133 переменного напряжения 130v, напряжение 130v уменьшается от нуля до некоторого порогового напряжения включения (в обратном направлении) в момент времени T_3C. Начиная с момента времени T_3C , светодиоды 34 с обратным смещением первого модуля 30 освещения начинают проводить электрический ток, генерируя, таким образом, свет. Во время отрицательного колебания 133, смещенные прямо светодиоды 34 не проводят электричество. Обратно смещенные светодиоды 34 продолжают проводить ток до момента времени T_3D , когда переменное напряжение 130v повышается выше порогового напряжения (в обратном направлении). Период времени между T _3C и T_3D называется третьим периодом 138 проводимости.

На фиг.7 показан график, иллюстрирующий переменное напряжение в узле 140, как переменное напряжение 140 В, и ток, протекающий через второй модуль 40 освещения на графике 140i, представленный штрихпунктирной линией. Работа участков системы 100 освещения описана со ссылкой на фиг.4 и 7, начиная с момента времени Т₅. Во время положительного колебания 141 переменного напряжения 134v напряжение 140v увеличивается от нуля до некоторого порогового напряжения включения (в прямом направлении) в момент времени T_5A - Начиная с момента времени T_5A, светодиоды 42 прямого смещения второго модуля 40 освещения начинают проводить электрический ток, генерируя, таким образом, свет. Во время положительного колебания 141, светодиоды 44 с обратным смещением не проводят электричество. Смещенные в прямом направлении светодиоды 42 продолжают проводить ток до момента времени T_5B, когда переменное напряжение 140v уменьшается ниже порогового напряжения. Период времени между T_5A и T_5B называется вторым периодом 146 проводимости. Фактическое значение порогового напряжения, V _THESHOLD, зависит от варианта выполнения системы. В представленном варианте осуществления +V_THESHOLD составляет приблизительно 55 В. Фактические пиковые (как положительные, так и отрицательные) значения тока 140i, I_PEAK-140, могут изменяться в зависимости от варианта выполнения системы. В представленном примерном варианте осуществления положительные и отрицательные пиковые токи I_PEAK-140 приблизительно составляют плюс и минус 80 мА.

Во время отрицательного колебания 143 переменного напряжения 140v, напряжение 140v уменьшается от нуля до некоторого порогового напряжения включения (в обратном направлении) в момент времени T_5C. Начиная с момента времени T_5C, светодиоды 44 с обратным смещением второго модуля 40 освещения начинают проводить электрический ток, генерируя, таким образом, свет. Во время отрицательного колебания 143 смещенные в прямом направлении светодиоды 44 не проводят электричество. Смещенные в обратном направлении светодиоды 44 продолжают проводить электрический ток до момента времени T_5D, когда переменное напряжение 140 В увеличивается выше порогового напряжения (в обратном направлении). Период времени между T_5C и T_5D называется здесь четвертым периодом 148 проводимости.

На фиг.8 иллюстрируется график, включающий в себя участки фиг.5-7. На фиг.8 наложены переменное напряжение питания, представленное графиком 120 В, вычерченным сплошной линией, ток 130i первого модуля (штрихпунктирная линия, такой же, как 130i на фиг.6) и ток 140i второго модуля (штрихпунктирная линия, такая же, как 140i на фиг.7). На фиг.8 иллюстрируется цикл 155 питания переменного напряжения, период 155 цикла питания, охватывающий полное колебание, все 360 градусов от момента времени Т₇ до момента времени T₈. Период 155 цикла питания является таким, как период 125 цикла питания на предыдущих чертежах, но он начинается в другой момент времени Т₇, по сравнению с временем T₁ начала цикла 125 питания. Однако это не имеет значения. И снова, не имеет значения, где, как считается, начинается цикл питания и где он заканчивается, если только период цикла питания включает в себя полное колебание, все 360 градусов. На фиг.8 для удобства описания, период 155 цикла питания показан, как начинающийся в момент времени Т₇, который опережает начало T_3A первого периода 136 проводимости и заканчивается после окончания T_5d четвертого периода 138 проводимости.

Рассмотрим теперь фиг.4 и 8, во время подачи цикла 155 питания к системе 100 освещения, первый модуль 30 освещения проводит электрический ток (в прямом направлении) в течение первого периода 136 проводимости и в течение третьего периода 138 проводимости. Это иллюстрируется током 130i первого модуля. Кроме того, во время приложения цикла питания 155 к системе 100 освещения, второй модуль 40 освещения проводит электрический ток (в обратном направлении) в течение второго периода 146 проводимости и в течение четвертого периода 148 проводимости. Это иллюстрируется током 140i второго модуля. Как показано на чертеже, модули 30 и 40 освещения соединены параллельно друг с другом. В соответствии с этим, эти токи суммируются для определения общего тока системы 100 освещения. Общий ток, отбираемый системой 100 освещения, представляет собой сумму токов 130i (отбираемого первым модулем 30 освещения) и 140i (отбираемого вторым модулем 40 освещения) и называется здесь током системы освещения.

На фиг.9 иллюстрируется общий ток (ток системы освещения) как линейный график 126i, представленный пунктирной линией и измеренный в узле 126 в течение цикла 155 питания от момента времени Т₇ до момента времени T₈ . Как можно видеть на фиг.9, форма тока 126i системы освещения аналогична форме напряжения 120v источника питания. Таким образом, форма тока 126i системы освещения только незначительно искажена по сравнению с формой напряжения 120v источника питания. В соответствии с этим, общее искажение высшими гармониками (ОИВГ), генерируемое системой 100 освещения по фиг.4 при подключении к источнику 120 переменного тока, будет низким. Фактически, в некоторых тестах ОИВГ, генерируемое системой 100 освещения в соответствии с настоящим изобретением, имеет величину меньшую, чем десять процентов.

На фиг.10 иллюстрируется другой вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.4 и 10, система 200 освещения включает в себя систему 100 освещения по фиг.4 и вспомогательную цепь 190. Вспомогательная цепь 190 включает в себя один или больше компонентов, предназначенных для защиты системы 100 освещения и/или для поддержки работы системы 100 освещения. Например, вспомогательная цепь 190 используется для ограничения пускового тока при включении. Если пусковой ток не будет ограничен, такой пусковой ток может слишком быстро заряжать конденсаторы 50 и 52 и потенциально может повредить мощные переключатели, используемые для активации системы освещения.

В иллюстрируемом варианте осуществления терморезистор 198, в частности, обеспечивает ограничение пускового тока при первом включении питания цепи. В случае, когда напряжение в электросети находится на пике его колебания в момент первого подключения цепи, может возникнуть довольно быстрый выброс напряжения через емкостные элементы, который приводит к значительному пусковому току или выбросу тока, который может повредить светодиоды или другие компоненты. В холодном состоянии терморезистор 198 действует как резистор, для минимизации пускового тока. После нагрева (в результате работы системы 200), терморезистор 198 имеет уменьшенное сопротивление, обеспечивая минимизацию резистивных эффектов при протекании тока через систему 200. Кроме того, через предохранитель 194 может кратковременно протекать значительный ток, который может привести к его ошибочному разрыву в случае отсутствия терморезистора 198.

Вспомогательный предохранитель 194 соединен последовательно с системой 100 освещения. Предохранитель 194 защищает систему освещения 100, размыкая цепь (таким образом, отключая систему освещения 100 от источника 120 питания) в случае чрезмерных протекающих токов. Номинал предохранителя 194 изменяется в зависимости от варианта осуществления. В представленном варианте осуществления, только в качестве примера, предохранитель 194 может иметь номинал порядка от одного до двух ампер.

Другое защитное устройство представляет собой искровой промежуток 196, который защищает систему 100 освещения от чрезмерного входного напряжения. Когда чрезмерное напряжение прикладывают к системе 100 освещения, ток пробивает искровой промежуток 196 вместо протекания в систему 100 освещения, защищая, таким образом, систему 100 освещения от избыточного напряжения. Номинал искрового промежутка 196 изменяется в зависимости от варианта осуществления. В иллюстрируемом варианте осуществления, только в качестве примера, искровой промежуток 196 может иметь номинал порядка одного киловольта.

В представленном варианте осуществления вспомогательная цепь 190 включает в себя подавитель 192 переходного напряжения, такой как, например, металлооксидный переменный (MOV) резистор 192, предназначенный для предотвращения воздействия выброса напряжения на систему 100 освещения, когда выбросы переходного напряжения появляются в источнике 120 питания. Резистор 192 типа MOV может представлять собой, например, резистор типа MOV, известный как деталь VE13M00151K на рынке. Резистор 192 MOV включен параллельно с системой 100 освещения через предохранитель 194.

Вспомогательная цепь 190 не обязательно должна включать в себя все компоненты, представленные на фиг.10. Например, вспомогательная цепь 190 может просто включать в себя только резистор 192 типа MOV и все еще она будет при этом находиться в пределах объема настоящего изобретения. Вспомогательная цепь 190 может включать в себя любую комбинацию представленных компонентов. Кроме того, вспомогательная цепь 190 может включать в себя дополнительные компоненты, не представленные здесь, и все еще будет находиться при этом в пределах объема настоящего изобретения.

На фиг.11 иллюстрируется еще один вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.11, система 300 освещения включает в себя первый модуль 330 освещения, включающий в себя, по меньшей мере, один излучающий свет элемент. В представленном варианте осуществления первый модуль 330 освещения включает в себя множество светодиодов, последовательно подключенных в прямом направлении. И снова, назначение прямого или обратного направления является произвольным. Первый выпрямитель 332 подключен к первому модулю 330 освещения. Первый конденсатор 50 соединен с первым выпрямителем 332. Для первого модуля 330 освещения, каждый излучающий свет элемент может представлять собой светодиод (СИД), такой как, например, светодиод - модель LW540A, который работает обычно в диапазоне от трех до четырех вольт прямого напряжения. LW540A и аналогичные светодиоды доступны на рынке. В представленном варианте осуществления первый модуль 330 освещения включает в себя 12 последовательно включенных светодиодов. Первый выпрямитель 332 может иметь любую известную конфигурацию выпрямителя. В представленном варианте осуществления первый выпрямитель 332 представляет собой выпрямитель типа диодного моста, имеющий показанную конфигурацию, причем каждый диод представляет собой, например, выпрямительный диод 1N4004, доступный на рынке. Первый конденсатор 50 может представлять собой, например, конденсатор с изоляцией полиэфирного типа 1,47 мкф 100В. Фактическая модель, значение и тип этих компонентов, таких диоды и конденсаторы, и количество светодиодов в первом модуле 330 освещения, могут изменяться в зависимости от варианта применения.

В представленном варианте осуществления второй модуль 340 освещения включает в себя множество светодиодов, подключенных в прямом направлении. И снова, обозначение прямого или обратного направления является произвольным. Второй выпрямитель 342 подключен ко второму модулю 340 освещения. Во втором модуле 340 освещения, каждый излучающий свет элемент может представлять собой светодиод (СИД), такой как, например, светодиод типа LW540A, описанный выше. В представленном варианте осуществления второй модуль 340 освещения включает в себя 23 последовательно подключенных светодиода. Второй выпрямитель 342 может иметь любую известную конфигурацию выпрямителя. В представленном варианте осуществления второй выпрямитель 342 представляет собой выпрямитель типа диодного моста, имеющего такую же конфигурацию и компоненты, как в первом выпрямителе 332. Фактическая модель, значение и тип этих компонентов, таких как диоды и конденсаторы, и количество светодиодов во втором модуле 340 освещения, могут изменяться в зависимости от варианта применения. Второй модуль 340 освещения и второй выпрямитель 342 параллельно подключены к первому модулю 330 освещения и к первому выпрямителю 332. Продолжая обращаться к фиг.11, второй конденсатор 52 последовательно подключен, как к первому выпрямителю 332, так и ко второму выпрямителю 342. Второй конденсатор может представлять собой, например, конденсатор с изоляцией полиэфирного типа 3,75 мкф 250В. Система 300 освещения может, но не обязательно, включать в себя вспомогательную цепь 190, показанную более подробно на фиг.10 и описанную выше.

Работа системы 300 освещения, в основном, аналогична работе системы 100 освещения на фиг.4 и описана выше с использованием фиг.4-9, включительно, с незначительными различиями. Источник 120 питания переменного тока обеспечивает переменное напряжение 120v, показанное на фиг.5, 8 и 9, как оно может выглядеть в узле 126. Переменное напряжение прикладывается ко второму конденсатору 52, как показано на фиг.6 и как описано выше, такое напряжение в узле 140 выглядит как график 140v, показанный на фиг.5 и 7 и описанный выше. При приложении напряжения 140v в узле 140 к первому конденсатору 50 получают напряжение 130v в узле 130, показанном на фиг.5 и 6, и как описано выше.

Как теперь показано на фиг.5-9 и на фиг.11, в системе 300 освещения напряжение 130v в узле 130 выпрямляется первым выпрямителем 332 таким образом, что в узле 331 присутствует пульсирующее постоянное напряжение (постоянный ток). Пульсирующее постоянное напряжение в узле 331 приводит к протеканию тока через светодиоды от первого модуля 330 освещения. Пульсирующее постоянное напряжение в узле 331 показано на графике 331v на фиг.12а. Как показано на фиг.5-9, 11 и 12а, иллюстрируемый график 331v пульсирующего постоянного напряжения представляет собой измеренную форму колебаний между узлами 331a и 331b. На фиг.12а также иллюстрируется приблизительная синусоидальная волна 126v, в качестве напряжения, измеренного между узлами 126 и 127.

Как показано на графике 331v, первый выпрямитель 332 выпрямляет входное напряжение с получением пульсирующей формы колебаний постоянного напряжения. Пульсирующее постоянное напряжение в узле 331v может быть обработано или сглажено третьим конденсатором 54, который включен параллельно первому модулю 330 освещения. Третий конденсатор 54, только для примера, может представлять собой конденсатор электролитического типа 1,0 мкФ 200 В. Третий конденсатор 54 уменьшает пульсации пульсирующего напряжения постоянного тока в узле 331. Такое уменьшение пульсации может быть полезным для некоторых типов излучающих свет элементов.

Продолжая обращаться к фиг.5-9 и 11 и также обращаясь к фиг.12b, в системе 300 освещения напряжение 140v в узле 140 выпрямляют с помощью второго выпрямителя 342 таким образом, что в узле 341 присутствует пульсирующее постоянное напряжение (постоянный ток). Пульсирующее постоянное напряжение в узле 341 обеспечивает протекание тока через светодиоды второго модуля 340 освещения. Пульсирующее постоянное напряжение в узле 341 иллюстрируется графиком 341v на фиг.12b. На фиг.12b иллюстрируемый график 341v пульсирующего постоянного напряжения представляет собой измеренную форму колебаний между узлами 341а и 341b. На фиг.12а также иллюстрируется приблизительная синусоидальная волна 126v, как напряжение, измеренное между узлами 126 и 127.

Как показывает график 341v, второй выпрямитель 342 выпрямляет входное напряжение в форму колебаний пульсирующего постоянного напряжения. Пульсирующее постоянное напряжение в узле 341 может быть обработано или сглажено с помощью четвертого конденсатора 56, включенного параллельно второму модулю 340 освещения. Четвертый конденсатор 56, только в качестве примера, может представлять собой конденсатор электролитического типа 1,0 мкФ 200В. Четвертый конденсатор 56 уменьшает пульсации пульсирующего постоянного напряжения в узле 341. Такое уменьшение пульсации может быть полезным для некоторых типов излучающих свет элементов.

Система 300 освещения по фиг.11 отличается от системы 100 освещения по фиг.4 тем, что внутренние переменные напряжения в узлах 130 и 140 выпрямляют перед их приложением к модулям освещения для генерирования света. Однако, характеристики протекающих токов в системе 300 освещения на фиг.11, по существу, аналогичны для системы 100 освещения на фиг.4.

Ток, отбираемый первым модулем 330 освещения, показан на фиг.12с, как график 330i. График 330i тока был измерен путем подключения щупов осциллографа к резистору десять ом, включенного последовательно в узле 331a. На фиг.12с также иллюстрируется измеренный входной ток в узле 126, как график 126i тока. График 126i тока был измерен с использованием плавающего щупа, подключенного к резистору десять ом. Следует отметить, что использование плавающего щупа вводило шумы в данную трассу сигнала таким образом, что график 126i измеренного тока не является гладким, но выглядит зазубренным. Ток, отбираемый вторым модулем 340 освещения, представлен на фиг.12d, как график 340L График 340i тока был измерен путем подключения щупов осциллографа к резистору десять ом, последовательно включенного в узле 341а. На фиг.12d также иллюстрируется измеренный входной ток в узле 126, как график 126i тока.

Когда токи в узлах 331a и 341а комбинируют, их сумма получается в виде графика 126i тока. График 126i тока, измеренный между узлами 126 и 127, показан на фиг.12е, как график 126i тока. На графике 126i тока на фиг.12с и 12d, однако, используемый щуп не является плавающим, и шумы не были внесены в измерение.

Следует отметить, что общий ток системы, который представлен графиком 126i тока на фиг.12е, аналогичен графику 126i на фиг.9. При сравнении фиг.9, относящейся к системе 100, показанной на фиг.4, можно видеть, что форма тока 126i системы освещения (на фиг.9) аналогична форме напряжения 120v источника питания. Таким образом, форма тока 126i системы освещения (на фиг.9) только незначительно искажена по сравнению с формой напряжения 120v источника питания. В соответствии с этим, общее искажение высшими гармониками (ОИВГ), генерируемых системой 100 освещения по фиг.4, будучи подключенной к источнику 120 переменного тока, будет низким. Аналогично, сравнивая фиг.9, относящуюся к системе 300 по фиг.11, становится очевидным, что форма тока 126i системы освещения (по фиг.12е) аналогична форме напряжения 126v источника питания (по фиг.12а и 12b). Таким образом, форма тока 126i системы освещения (по фиг.12е) только незначительно искажена по сравнению с формой напряжения 126v источника питания (по фиг.12а и 12b). В соответствии с этим, общие искажения высшими гармониками (ОИВГ), генерируемых системой 300 освещения по фиг.11, будучи подключенной к источнику 120 питания переменного тока, будет низким.

На фиг.13 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления системы 100а освещения в соответствии с настоящим изобретением. Система 100а освещения по фиг.13, по существу, аналогична системе 100 освещения по фиг.4. Однако, в системе 100а освещения по фиг.13, первый модуль освещения включает в себя два набора светодиодов 32а и 34а. Первый набор светодиодов 32а включает в себя множество светодиодов, последовательно включенных в прямом направлении, и второй набор светодиодов 34а включает в себя множество светодиодов, последовательно включенных в обратном направлении. Аналогично, второй модуль освещения включает в себя два набора светодиодов 42а и 44а. Первый набор светодиодов 42а включает в себя множество светодиодов, включенных последовательно в прямом направлении, и второй набор светодиодов 44а включает в себя множество светодиодов, включенных последовательно в обратном направлении.

Следует отметить, что хотя настоящее изобретение было описано в отношении светодиодов, изобретение и варианты осуществления, описанные здесь, не ограничены светодиодами, но могут использоваться с другими излучающими свет устройствами, такими как, только для примера, органический светодиод (ОСИД), излучающий свет полимер (LEP), и устройство органической электролюминесценции (OEL), или любые другие элементы освещения, которые генерируют или обеспечивают общие искажения высшими гармониками на уровне, который выше, чем желательно. Настоящее изобретение применимо к и включает в себя области, где подаваемое переменное напряжение питания составляет 240 В, например, в Европе или в других частях мира. Настоящее изобретение применимо к и включает в себя области, где подаваемое питание переменного тока имеет частоту 50 Гц, например, как в Европе, или 400 Гц, например, как на борту самолета. Настоящее изобретение применимо к и включает в себя использование других выпрямителей, кроме выпрямителей в представленном примере, которые используются только с целью раскрытия изобретения. Система освещения в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой, например, светящуюся лампочку, светящуюся поверхность, светящуюся стену, проекционную систему и т.п., которая включает в себя множество излучающих свет элементов, таких как светодиоды.