способы и устройства для управления многочисленными источниками света посредством одной стабилизирующей схемы для обеспечения света с изменяемым цветом и/или цветовой температурой

Формула изобретения

1. Осветительное устройство (200), содержащее

импульсную понижающую стабилизирующую схему (205), содержащую первую ветвь (170) для проведения тока переключателя, вторую ветвь (180) для проведения неуправляемого тока и третью ветвь (160) для проведения тока нагрузки, и

по меньшей мере, один первый светоизлучающий диод (СИД) (210, 220), расположенный в первой ветви (170) и/или второй ветви (180) импульсной понижающей стабилизирующей схемы (205).

2. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один первый СИД расположен в первой ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы, при этом устройство дополнительно содержит по меньшей мере, один второй СИД, расположенный во второй ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы.

3. Устройство по п.2, в котором

по меньшей мере, один первый СИД сконфигурирован с возможностью генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, а

по меньшей мере, один второй СИД сконфигурирован с возможностью генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра.

4. Устройство по п.3, в котором один из, по меньшей мере, одного первого СИДа и, по меньшей мере, одного второго СИДа включает в себя, по меньшей мере, один СИД красного цвета, и при этом другой из, по меньшей мере, одного первого СИДа и, по меньшей мере, одного второго СИДа включает в себя, по меньшей мере, один СИД голубого цвета.

5. Устройство по п.3, в котором по меньшей мере, один первый СИД включает в себя, по меньшей мере, один первый СИД белого цвета, и при этом, по меньшей мере, один второй СИД включает в себя, по меньшей мере, один второй СИД белого цвета.

6. Устройство по п.3, в котором импульсная понижающая стабилизирующая схема принимает напряжение источника и дополнительно содержит, по меньшей мере, одну нагрузку, расположенную в третьей ветви, и, по меньшей мере, одну схему управления с обратной связью для выдачи стабилизированного напряжения нагрузки и/или стабилизированного тока нагрузки на, по меньшей мере, одну нагрузку, и при этом устройство дополнительно содержит

по меньшей мере, один интерфейс пользователя для изменения напряжения источника для импульсной понижающей стабилизирующей схемы, чтобы управлять первой интенсивностью первого излучения и второй интенсивностью второго излучения.

7. Устройство по п.6, в котором упомянутая, по меньшей мере, одна нагрузка включает в себя, по меньшей мере, один третий СИД для генерирования третьего излучения.

8. Устройство по п.7, в котором

один из, по меньшей мере, одного первого СИДа и, по меньшей мере, одного второго СИДа включает в себя, по меньшей мере, один СИД красного цвета,

другой из, по меньшей мере, одного первого СИДа и, по меньшей мере, одного второго СИДа включает в себя, по меньшей мере, один СИД голубого цвета, а

по меньшей мере, один третий СИД включает в себя, по меньшей мере, один СИД белого цвета.

9. Устройство по п.7, в котором схема управления с обратной связью включает в себя опорное напряжение для определения значения стабилизированного напряжения нагрузки или стабилизированного тока нагрузки для, по меньшей мере, одной нагрузки, и при этом, по меньшей мере, один интерфейс пользователя сконфигурирован с возможностью изменения напряжения источника для импульсной понижающей стабилизирующей схемы и опорного напряжения схемы управления с обратной связью, чтобы управлять первой интенсивностью первого излучения, второй интенсивностью второго излучения и третьей интенсивностью третьего излучения.

10. Способ управления первым током, подаваемым, по меньшей мере, в один первый светоизлучающий диод (СИД) (210) в первой токовой ветви (170) импульсной понижающей стабилизирующей схемы (205), и вторым током, подаваемым, по меньшей мере, в один второй СИД (220) во второй токовой ветви (180) импульсной понижающей стабилизирующей схемы (205), содержащий этапы, на которых:

изменяют напряжение источника (212) постоянного тока импульсной понижающей стабилизирующей схемы (205), увеличивая первую амплитуду первого тока, выдаваемого в, по меньшей мере, один первый СИД, и одновременно уменьшая вторую амплитуду второго тока, выдаваемого в, по меньшей мере, один второй СИД.

11. Способ по п.10, в котором, по меньшей мере, один первый СИД излучает первое излучение первого спектра, а, по меньшей мере, один второй СИД излучает второе излучение второго спектра, и при этом изменение напряжения источника постоянного тока приводит к изменению, по меньшей мере, одной оптической характеристики комбинированного излучения, формируемого путем смешения первого излучения и второго излучения.

12. Способ по п.11, в котором изменение напряжения источника постоянного тока приводит к изменению цвета и/или цветовой температуры комбинированного света.

13. Способ по п.11, в котором схема управления с обратной связью дополнительно содержит, по меньшей мере, один третий СИД, и при этом, по меньшей мере, один третий СИД излучает третье излучение третьего спектра, и при этом амплитуда третьего спектра не изменяется в ответ на изменение напряжения источника постоянного тока.

14. Устройство, содержащее

управляемый источник (212) постоянного тока,

переключательную ветвь (170), подключенную к управляемому источнику (212) постоянного тока и содержащую, по меньшей мере, один переключатель (122) и, по меньшей мере, один первый светоизлучающий диод (СИД) (210),

фильтрующую схему, содержащую

по меньшей мере, один индуктор (124), подключенный к, по меньшей мере, одному переключателю (122),

по меньшей мере, один конденсатор (126) фильтра, подключенный к, по меньшей мере, одному индуктору (124), и

по меньшей мере, один второй СИД (220), подключенный к, по меньшей мере, одному индуктору (124) и, по меньшей мере, одному конденсатору (126) фильтра, причем, по меньшей мере, один второй СИД (220) образует неуправляемую ветвь 180,

нагрузочную ветвь (160), и

схему (130) управления с обратной связью для изменения рабочего цикла, по меньшей мере, одного переключателя (122) для выдачи стабилизированного напряжения или стабилизированного тока в нагрузочную ветвь (160), причем изменение рабочего цикла, по меньшей мере, одного переключателя (122) изменяет первую амплитуду первого света, генерируемого, по меньшей мере, одним первым СИДом (210), и вторую амплитуду второго света, генерируемого, по меньшей мере, одним вторым СИДом (220).

15. Устройство по п.14, в котором изменение рабочего цикла, по меньшей мере, одного переключателя происходит в ответ на изменение выходного сигнала напряжения источника, генерируемого управляемым источником постоянного тока.

16. Устройство по п.14, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один третий СИД, подключенный в нагрузочной ветви, причем, по меньшей мере, один третий СИД генерирует третий свет в качестве, по существу, белого света.

17. Устройство по п.16, в котором первый свет является, по существу, красным светом, а второй свет является, по существу, голубым светом.

18. Устройство по п.17, в котором первый свет, второй свет и третий свет комбинируются, образуя комбинированный, по существу, белый свет, излучаемый из устройства, и при этом изменение рабочего цикла, по меньшей мере, одного переключателя приводит к изменению цветовой температуры комбинированного, по существу, белого света.

19. Устройство по п.14, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один интерфейс пользователя, сконфигурированный с возможностью изменения выходного сигнала управляемого источника постоянного тока.

20. Устройство по п.19, в котором, по меньшей мере, один интерфейс пользователя дополнительно сконфигурирован с возможностью изменения, по меньшей мере, части схемы управления с обратной связью.

21. Устройство по п.20, в котором работа, по меньшей мере, одного интерфейса пользователя одновременно изменяет выходной сигнал управляемого источника постоянного тока и, по меньшей мере, часть схемы управления с обратной связью.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение направлено главным образом на управление мощностью, подводимой к одному или более источникам света. Более конкретно, различные предлагаемые способы и устройства, раскрытые здесь, относятся к модифицированной импульсной стабилизирующей схеме для подвода мощности к одному или более светоизлучающим диодам (СИДам) с целью создания желаемого осветительного эффекта (например, ослаблению света, изменению цвета и/или управлению изменением цветовой температуры).

Предшествующий уровень техники

Цифровые технологии осветительной аппаратуры, т.е. освещения на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИДы), предлагают жизнеспособную альтернативу традиционным флуоресцентным, газоразрядным лампам высокой интенсивности и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИДов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и светоотдачу, сниженные эксплуатационные расходы и многие другие. Недавние достижения в технологии СИДов обеспечили эффективные и стойкие к внешним воздействиям источники освещения с полным спектром, которые делают возможными множество осветительных эффектов во многих приложениях. Некоторые из приборов, воплощающих эти источники, содержат в себе осветительный модуль в качестве отличительного элемента, включающий один или более СИДов, способных создавать разные цвета, например, красный, зеленый и голубой, а также процессор для независимого управления выходными сигналами СИДов для генерирования множества цветов и осветительных эффектов изменения света, например, таких как подробно рассмотренные в патентах США 6016038 и 6211626.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток является хорошо известным электрическим устройством, который принимает входное напряжение постоянного тока и выдает выходное напряжение постоянного тока на нагрузку. Преобразователи постоянного тока в постоянный в общем случае сконфигурированы с возможностью обеспечения стабилизированного выходного напряжения постоянного тока или тока на нагрузку («напряжения нагрузки» или «тока нагрузки») на основе нестабилизированного напряжения источника постоянного тока, которое в некоторых случаях отличается от выходного напряжения. Например, во многих автомобильных приложениях, в которых аккумуляторная батарея обеспечивает источник питания постоянного тока, имеющий нестабилизированное напряжение приблизительно 12 вольт, можно применять преобразователь постоянного тока в постоянный ток для приема этого нестабилизированного напряжения 12 вольт постоянного тока в качестве источника и выдачи стабилизированного выходного напряжения постоянного тока или тока в различные электронные схемы возбуждения в транспортном средстве (контрольно-измерительные приборы, дополнительная аппаратура, средства управления двигателем, осветительные приборы, радиоприемники моно- и/или стереозвучания и т.д.). Выходное напряжение постоянного тока может быть ниже, чем напряжение источника, подаваемое из аккумуляторной батареи, выше, чем оно, или таким же.

Обобщая, отмечаем, что преобразователь постоянного тока в постоянный ток можно применять для преобразования нестабилизированного напряжения, выдаваемого любыми из множества источников питания постоянного тока, таких как батареи, в более подходящее стабилизированное напряжение или ток для возбуждения заданной нагрузки. В некоторых случаях нестабилизированное напряжение источника постоянного тока можно получать из источника питания переменного тока, например, такое как напряжение линии передачи переменного тока, имеющее среднеквадратическое значение 120 В и частоту 60 Гц, которое выпрямляется за счет компоновки схемы с мостовым выпрямителем и фильтра. В этом случае в преобразователе постоянного тока в постоянный ток можно применять компоненты защитной развязки (например, трансформатор) для гарантии безопасной работы при условии, что предполагаются потенциально опасные напряжения.

На фиг.1 изображена принципиальная схема обычного понижающего преобразователя 100 постоянного тока в постоянный ток, сконфигурированного с возможностью выдачи напряжения 102 нагрузки постоянного тока (V_{нагрузки}) и стабилизированного тока 103 нагрузки (I_{нагрузки}) на нагрузку 104 на основе более высокого нестабилизированного напряжения 112 источника постоянного тока (V_{источника}). В возможных осветительных приложениях нагрузка 104 может быть источником света, таким как один или более СИДов. Ожидается, что нестабилизированное напряжения источника, V_{источника} будет незначительно (и произвольно) изменяться в относительно небольшом диапазоне около номинального значения; однако в обычных конфигурациях преобразователей постоянного тока в постоянный ток напряжение источника, V_{источника} не изменяют преднамеренно. Понижающий преобразователь согласно фиг.1 обычно называют также «импульсным понижающим» преобразователем.

В преобразователях постоянного тока в постоянный ток, подобных импульсному понижающему преобразователю на фиг.1, применяется транзистор или эквивалентное устройство, сконфигурированное с возможностью работы в качестве насыщенного переключателя, который избирательно обеспечивает аккумулирование энергии в энергоаккумулирующем устройстве (см., например, транзисторный переключатель 122 и индуктор 124 на фиг.1). Хотя на фиг.1 такой транзисторный переключатель изображен в виде биполярного плоскостного транзистора (БПТ), в качестве переключателей в различных воплощениях преобразователей постоянного тока в постоянный ток можно также применять полевые транзисторы (ПТ). За счет применения такого транзисторного переключателя, преобразователи постоянного тока в постоянный ток обычно называют также «импульсными стабилизаторами» из-за их общих функциональных возможностей.

В частности, транзисторный переключатель 122 в схеме согласно фиг.1 срабатывает для периодического приложения нестабилизированного напряжения 112 источника постоянного тока (V_{источника}) к индуктору 124 в течение относительно коротких интервалов времени (на фиг.1 и последующих чертежах, если не указано иное, один индуктор изображен для схематического представления одного или более реальных индукторов, скомпонованных в любой из множества последовательных и/или параллельных конфигураций для обеспечения желаемой индуктивности). В течение интервалов, на которых транзисторный переключатель «включен» или замкнут (например, пропуская напряжение источника, V _{источника}, на индуктор), через этот индуктор протекает ток, величина которого основана на прилагаемом напряжении, и индуктор аккумулирует энергию в своем магнитном поле. Если ток индуктора, I_{индуктора}, превышает ток нагрузки, I _{нагрузки}, когда транзисторный переключатель замкнут, то энергия также аккумулируется в конденсаторе 126 фильтра. Когда переключатель «выключен» или разомкнут (т.е. напряжение источника постоянного тока не подается на индуктор), энергия постоянного тока, аккумулированная в индукторе, передается на нагрузку 102, а конденсатор 126 фильтра, который функционирует совместно с индуктором 124, выдавая относительно гладкое напряжение постоянного тока, V_{нагрузки}, на нагрузку 102 (т.е., когда ток индуктора, I_{индуктора}, меньше, чем ток нагрузки, I_{нагрузки}, конденсатор подает разность, обеспечивая, по существу, непрерывный подвод энергии к нагрузке между циклами аккумулирования энергии индуктором). В непрерывном режиме не вся энергия, аккумулированная в индукторе, передается либо на нагрузку, либо на конденсатор.

Более конкретно, на фиг.1 показано, что когда транзисторный переключатель 122 включен, к индуктору 124 приложено напряжение VAL=V_{нагрузки} -V_{источника}. Это приложенное напряжение вызывает протекание через индуктор (а также к нагрузке и конденсатору) линейно увеличивающегося тока I_{индуктора}, величина которого основана на зависимости V_{индуктора}=L·(die/dt). Когда транзисторный переключатель 122 выключен, ток I_{индуктора}, продолжает течь через индуктор в том же направлении, и теперь «неуправляемый» диод 128 проводит весь ток схемы. Поскольку ток протекает через неуправляемый диод 128, напряжение V_{индуктора} на индукторе фиксируется на уровне V_{нагрузки} - Vx, вызывая линейное уменьшение тока индуктора, I_{индуктора}, по мере обеспечения энергии магнитного поля индуктора на конденсатор и нагрузку. На фиг.2 представлена диаграмма, иллюстрирующая различные формы сигналов для схемы согласно фиг.1 во время только что описанных операций переключения.

Обычные преобразователи постоянного тока в постоянный ток могут быть сконфигурированы с возможностью работы в разных режимах, обычно называемых «непрерывным» режимом и «прерывистым» режимом. При работе в непрерывном режиме, ток индуктора, I_{индуктора}, остается почти нулевым во время последовательных циклов переключения транзисторного переключателя, а в прерывистом режиме ток индуктора начинается нулевым значением в начале заданного цикла переключения и возвращается к нулю до окончания этого цикла переключения. Чтобы обеспечить некоторым образом упрощенный и при этом информативный анализ тока согласно фиг.1, в нижеследующих рассуждениях будет рассмотрена работа в непрерывном режиме, а также предполагается, что падений напряжения на транзисторном переключателе нет, когда этот переключатель включен (т.е. находится в проводящем состоянии), и что на неуправляемом диоде 128 происходит пренебрежимо малое падение напряжения, когда он проводит ток. Имея в виду вышеизложенное, можно изучить изменения в токе индуктора на протяжении последовательных циклов переключения с помощью фиг.3.

На фиг.3 представлен график, где наложено друг на друга напряжение в точке Vx, показанной на фиг.1 (любое падение напряжения на неуправляемом диоде 128 снова игнорируется), величина которого основана на работе транзисторного переключателя 122, и ток через индуктор, I_{индуктора} , для двух последовательных циклов переключения. На фиг.3 горизонтальная ось отображает время t, а полный цикл переключения отображается периодом Т времени, при этом время «включения» транзисторного переключателя обозначено как t_вкл, а время «выключения» обозначено как t_выкл (т.е. T=t_вкл+t _выкл).

Следует понять, что при работе в установившемся режиме ток индуктора, I_{индуктора}, в начале и конце цикла переключения является, по существу, одним и тем же, как можно заметить на фиг.3, см. обозначение I ₀. Соответственно из соотношения V_{индуктора}=L·(dIj/dt) следует, что изменение тока, dI_{индуктора}, за один цикл переключения равно нулю и может быть задано в виде

что можно упростить, приведя к виду

или

где D определяется как «рабочий цикл» транзисторного переключателя или доля времени на рабочий цикл переключателя, в течение которого переключатель включен и обеспечивает подвод аккумулированной энергии к индуктору. Из вышеизложенного можно заметить, что отношение выходного напряжения к напряжению источника пропорционально D, а именно, изменяя рабочий цикл D переключателя согласно схеме согласно фиг.1, можно изменять напряжение нагрузки по отношению к напряжению источника, V_{источника} , но нельзя превышать напряжение источника, поскольку максимальный рабочий цикл D равен 1.

В устройстве 100 нагрузка 104 может быть одним или более СИДами, а интенсивность или яркость излучения, генерируемого СИДом (СИДами), пропорциональна средней мощности, подводимой к СИДу (СИДам) на протяжении заданного периода времени. Соответственно, один метод изменения интенсивности излучения, генерируемого СИДом (СИДами), вызывает модуляцию мощности, подводимой к СИДу (СИДам). Поскольку мощность определяется как количество энергии, передаваемой в течение заданного периода времени (т.е. P=dW/dt), мощность P, выдаваемую на нагрузку, можно выразить в виде

где 1/T - частота переключения транзисторного переключателя 128. Из вышеизложенного можно понять, что мощность, выдаваемая на нагрузку 104, можно модулировать путем изменения одного из таких параметров, как частота переключения и пиковый ток индуктора, Ip, при заданной индуктивности L индуктора 124, или обоих этих параметров, где пиковый ток индуктора, Ip, определяется рабочим циклом D транзисторного переключателя 122. Вместе с тем следует понять, что на практике зависимость между частотой и яркостью СИДов может и не быть линейной, как указанная в выражении, приведенном выше. Вернее, при увеличении частоты переключения средний ток, протекающий в СИД (СИДы), увеличивается по мере снижения величины пульсации или размаха (двойной амплитуды). Однако, когда средний ток приближается к пиковому значению, величина пульсации оказывается малой, и дополнительное увеличение частоты переключения может приводить к сокращающейся отдаче.

Поэтому, как упоминалось ранее, обычный импульсный понижающий преобразователь согласно фиг.1 сконфигурирован с возможностью выдачи на нагрузку 104 напряжения, V_{нагрузки}, которое ниже, чем напряжение источника, V_{источника}. Чтобы гарантировать стабильность напряжения нагрузки, V_{нагрузки} , как показано на фиг.1, в вольтодобавочном преобразователе применяется схема 130 управления с обратной связью, предназначенная для управления работой транзисторного переключателя 122, и тем самым - стабилизации напряжения нагрузки или тока нагрузки. В общем случае, в качестве питания для различных компонентов схемы 130 управления с обратной связью может служить напряжение V_{источника} источника постоянного тока, или - в качестве альтернативы - другого независимого источника питания.

Хотя можно стабилизировать один или оба из таких параметров, как напряжение нагрузки и ток нагрузки, нагрузки различных типов сами могут придавать возможность облегченной стабилизации напряжения или стабилизации тока. Рассматривая, например, СИДы как одну возможную нагрузку, отметим, что в некоторых приложениях может оказаться предпочтительной стабилизация тока нагрузки, а не напряжения нагрузки (например, из-за разных прямых напряжений для СИДов разных типов и/или разных количеств и компоновок СИДов, составляющих нагрузку). Соответственно, главным образом - в целях иллюстрации, будем считать, что конфигурация схемы управления с обратной связью, показанная на фиг.1, сконфигурирована для стабилизации тока возможной нагрузки на основе СИДов. Вместе с тем следует понять, что для любой из рассматриваемых здесь импульсных стабилизирующих схем один или оба из таких параметров, как напряжение нагрузки и ток нагрузки, можно стабилизировать посредством схемы 130 управления с обратной связью, подавая одно или более подходящих напряжений, отображающих напряжение нагрузки и/или ток нагрузки.

Например, в схеме 130 управления с обратной связью согласно фиг.1 можно дискретизировать ток нагрузки, I_{нагрузки}, включая заземленный резистор R_дискр , имеющий относительно малое сопротивление, последовательно с нагрузкой 104. Напряжение V_дискр, измеряемое на резисторе R_дискр, можно выдавать в схему 130 управления с обратной связью в качестве входного сигнала, отображающего ток нагрузки (в альтернативном варианте, можно дискретизировать не ток нагрузки, I_{нагрузки}, а напряжение нагрузки, V_{нагрузки} , генерируя напряжение V_дискр посредством делителя напряжения (не показан), включенного параллельно нагрузке 104). Дискретизированное напряжение V_дискр можно сравнивать с опорным напряжением V_опорн в схеме 130 управления с обратной связью с помощью компаратора напряжений, такого как операционный усилитель 132. Опорное напряжение V_опорн является стабильно масштабированным представлением желаемого стабилизированного напряжения нагрузки, V_{нагрузки}, или стабилизированного тока нагрузки, I_{нагрузки}. Операционный усилитель 132 генерирует сигнал 134 ошибки на основании сравнения V_дискр и V_опорн, а амплитуда этого сигнала ошибки в конечном счете обеспечивает управление работой транзисторного переключателя 122.

Более конкретно, сигнал 134 ошибки служит в качестве управляющего напряжения для широтно-импульсного модулятора 136, который также принимает поток импульсов, имеющих частоту f=1/T, выдаваемую генератором 138, в обычных преобразователях постоянного тока в постоянный ток возможные частоты f для потока импульсов включают в себя, но не в ограничительном смысле, диапазон от 50 кГц до 100 кГц. Для воплощений, в которых нагрузка включает в себя один или более СИДов, излучение света из СИДов может восприниматься как непрерывное в той мере, в какой частота переключения транзисторного переключателя 122 превышает частоту переключения, которую может различить глаз человека (например, превышающую приблизительно 100 Гц). То есть наблюдатель света, генерируемого СИДом (СИДами), не воспринимает дискретные циклы включения и выключения (обычно это называют «фликкер-эффектом» или «мерцанием»), а вместо этого - за счет интегрирующей функции глаза - воспринимает, по существу, непрерывное освещение. Широтно-импульсный модулятор 136 сконфигурирован с возможностью использования и потока импульсов, и сигнала 134 ошибки, для выдачи сигнала 140, включающего и выключающего напряжение, который управляет рабочим циклом транзисторного переключателя 122. В сущности, импульс потока импульсов действует как «спусковой крючок», заставляя широтно-импульсный модулятор 136 включать транзисторный переключатель 122, а сигнал 134 ошибки определяет, как долго этот транзисторный переключатель остается включенным (т.е. определяет длительность периода времени t_вкл , а значит и рабочего цикла D).

Например, если сигнал 134 ошибки указывает, что дискретизированное выходное напряжение V_дискр выше, чем V_опорн (т.е. сигнал 134 ошибки имеет относительно более низкое значение), широтно-импульсный модулятор 136 сконфигурирован с возможностью выдачи управляющего сигнала 140 с относительно меньшей длительностью импульсов «вкл» или более коротким рабочим циклом, тем самым обеспечивая подвод относительно меньшей энергии к индуктору, когда транзисторный переключатель 122 включен. В отличие от этого, если сигнал 134 ошибки указывает, что дискретизированное выходное напряжение V_дискр ниже, чем V_опорн (т.е. сигнал 134 ошибки имеет относительно более высокое значение), широтно-импульсный модулятор сконфигурирован с возможностью выдачи управляющего сигнала с относительно большей длительностью импульсов «вкл» или более длительным рабочим циклом, тем самым обеспечивая подвод относительно большей энергии к индуктору, когда транзисторный переключатель 122 включен. Соответственно, за счет модуляции длительности импульсов «вкл» управляющего сигнала 140 посредством сигнала 134 ошибки, схема 130 управления с обратной связью стабилизирует напряжение нагрузки, V_{нагрузки} , или ток нагрузки, I_{нагрузки}, посредством представляемого значением V_опорн приближения желаемого напряжения или тока нагрузки.

В обычных импульсных понижающих преобразователях, таких как показанный на фиг.1, чтобы заменить или изменить одну или более рабочих характеристики нагрузки (путем внесения изменений в напряжение нагрузки и/или ток нагрузки), необходим доступ в схему 130 управления с обратной связью для регулирования напряжения V_опорн, что в свою очередь приводит к изменению стабилизированного тока нагрузки, I _{нагрузки} (или стабилизированного напряжения нагрузки, V _{нагрузки}, если это применимо). Регулирование V_опорн можно проводить с помощью интерфейса 150 пользователя, который может быть аналоговым или цифровым устройством, таким как потенциометр, либо цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), используемым для изменения опорного напряжения V_опорн. Конечно, любые результативные изменения в V_{нагрузки} или I_{нагрузки} оказывают сходное влияние на все составляющие нагрузки, которая может содержать многочисленные составляющие; например, в нагрузке на основе СИДов, содержащей многочисленные СИДы, взаимосвязанные в любой из множества последовательных и/или параллельных компоновок, на рабочие напряжение и ток каждого СИДа оказывают сходное влияние изменения условий работы импульсной понижающей стабилизирующей схемы (например, внесение изменений в V_опорн).

Краткое изложение существа изобретения

Заявитель понял и по достоинству оценил тот факт, что регулирование желаемой светоотдачи осветительного устройства, включающего в себя импульсную стабилизирующую схему, не обязательно требует доступа к контуру управления с обратной связью (чтобы изменить V_опорн). Более конкретно, заявитель понял и по достоинству оценил тот факт, что различные пути протекания тока импульсной стабилизирующей схемы (например, импульсной понижающей стабилизирующей схемы), применяемой как часть осветительного устройства на основе СИДов, можно соответственно рассматривать как подходящие для согласования с нагрузкой на основе СИДов, в дополнение к или в качестве альтернативы обычному размещению нагрузки в такой схеме, чтобы тем самым обеспечить универсальное, да еще и простое осветительное устройство с изменяемым цветом и/или изменяемой цветовой температурой.

Ввиду вышеизложенного, данное изобретение направленно на создание новых способов и устройств для обеспечения света с изменяем цветом и/или цветовой температурой, излучаемого одним или более СИДами, возбуждаемыми одной импульсной стабилизирующей схемой.

Как подробнее рассматривается ниже, управление многочисленными СИДами с разными спектрами посредством одной импульсной стабилизирующей схемы дает многочисленные преимущества, включая - но не в ограничительном смысле - снижение сложности, уменьшение габаритов и снижение стоимости схем возбуждения СИДов. В известных приложениях, предусматривающих смещение цветов, обычно требуется по-разному управлять СИДами с разными спектрами, чтобы изменить цвет или цветовую температуру света, являющегося результатом комбинированных спектров. С этой целью в обычных воплощениях одна импульсная стабилизирующая схема в типичном случае требуется для индивидуального внесения изменения в каждый СИД или каждую группу СИДов, имеющий или имеющую отличающийся спектр. В отличие от этого различные варианты осуществления, описываемые здесь, обеспечивают, в некоторой степени, изменяемое управление многочисленными СИДами, имеющими разные спектры, с помощью одной импульсной стабилизирующей схемы.

В одном аспекте, свет, выдаваемый из осветительного устройства, включающего в себя импульсную стабилизирующую схему, можно регулировать, изменяя напряжение источника, прикладываемое к импульсной стабилизирующей схеме. Такая система позволяет пренебречь требованием отдельных аппаратных средств или управляющей проводки для сопряжения со схемой управления с обратной связью импульсной стабилизирующей схемы, чтобы регулировать светоотдачу. В некоторых возможных вариантах воплощения, способов и устройств в соответствии с различными вариантами осуществления, описываемыми здесь, СИДы с разными спектрами стратегически размещены в различных токовых ветвях импульсной понижающей стабилизирующей схемы, для облегчения регулирования соответствующих токов возбуждения, предусмотренных для СИДов, а значит и результирующего света и/или результирующей цветовой температуры света исходя из комбинированных спектров, просто путем регулирования уровня напряжения источника постоянного тока, которое подается на импульсную стабилизирующую схему.

Некоторые варианты осуществления направлены на разработку осветительного устройства, в котором применяется импульсная понижающая стабилизирующая схема, включающая в себя первую ветвь для проведения тока переключателя, вторую ветвь для проведения неуправляемого тока и третью ветвь для проведения тока нагрузки. Импульсная понижающая стабилизирующая схема дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один первый СИД, расположенный в первой ветви и/или второй ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы.

Некоторые варианты осуществления направлены на разработку способа управления первым током, выдаваемым, по меньшей мере, в один первый СИД в первой токовой ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы, и вторым током выдаваемым, по меньшей мере, в один второй СИД во второй токовой ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы. Способ предусматривает изменение напряжения источника постоянного тока импульсной понижающей стабилизирующей схемы для увеличения первой амплитуды первого тока, выдаваемого в, по меньшей мере, один первый СИД, и одновременного уменьшения второй амплитуды второго тока выдаваемого в, по меньшей мере, один второй СИД.

Некоторые варианты осуществления направлены на разработку устройства, включающего в себя управляемый источник постоянного тока, переключающую ветвь, подключенную к управляемому источнику постоянного тока, фильтрующую схему, нагрузочную ветвь и схему управления с обратной связью. Переключательная ветвь содержит, по меньшей мере, один переключатель и, по меньшей мере, один первый СИД. Фильтрующая схема включает в себя, по меньшей мере, один индуктор, подключенный, по меньшей мере, к одному переключателю, по меньшей мере, один конденсатор фильтра, подключенный к, по меньшей мере, одному индуктору, и, по меньшей мере, один второй СИД, подключенный к, по меньшей мере, одному индуктору и упомянутому, по меньшей мере, одному конденсатору фильтра, причем, по меньшей мере, один второй СИД образует неуправляемую ветвь. Схема управления с обратной связью сконфигурирована с возможностью изменения рабочего цикла, по меньшей мере, одного переключателя для выдачи стабилизированного напряжения или стабилизированного тока в нагрузочную ветвь, причем изменение рабочего цикла, по меньшей мере, одного переключателя изменяет первую амплитуду первого света, генерируемого, по меньшей мере, один первым СИДом, и вторую амплитуду второго света, генерируемого, по меньшей мере, одни вторым СИДом.

В том смысле, в каком он употребляется в целях данного описания, термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или относящуюся к другому типу систему на основе инжекции носителей и/или на основе p-n-перехода, которая способна генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин «СИД» включает в себя, но не в ограничительном смысле, различные структуры на основе полупроводников, которые излучают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИДы), электролюминесцентные полоски и т.п. В частности, термин «СИД» относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которым можно придать конфигурацию, обеспечивающую генерирование излучения в одной (одном) или более из инфракрасной области спектра, ультрафиолетовой области спектра и различных участков видимой области спектра (в целом включающих в себя длины волн излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИДов включают в себя, но не в ограничительном смысле, различные типы СИДов инфракрасного диапазона, СИДов ультрафиолетового диапазона, СИДов красного цвета, СИДов голубого цвета, СИДов зеленого цвета, СИДов желтого цвета, СИДов янтарного цвета, СИДов оранжевого цвета и СИДов белого цвета (подробнее рассматриваемых ниже). Следует также понимать, что можно предусмотреть конфигурирование СИДов и/или управление ими таким образом, что при этом обеспечивается излучение, имеющее различные полосы пропускания (например, полные ширины на уровне полумаксимума (ПШУМ) для заданного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания), и множество доминирующих длин волн в пределах заданной общей классификации цветов.

Например, одно воплощение СИДа, имеющего конфигурацию, обеспечивающую генерирование, по существу, белого света (например, СИДа белого цвета), может включать в себя некоторое количество матриц, которые соответственно излучают разные спектры электролюминесценции, которые в совокупности смешиваются, образуя, по существу, белый свет. В другом воплощении, СИД, излучающий белый свет, может быть связан с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере этого воплощения, электролюминесценция, имеющая спектр, характерный относительно короткими длинами волн и малой шириной полосы, «накачивает» люминофорный материал, который, в свою очередь, испускает излучение большей длины волны, имеющее несколько более широкий спектр.

Следует также понимать, что термин «СИД» не ограничивает физический и/или электрический тип корпуса СИДа. Например, как описано выше, термин «СИД» может относиться к одиночному светоизлучающему устройству, имеющему многочисленные матрицы, сконфигурированные с возможностью испускания излучения разных спектров (например, которые могут быть или не быть индивидуально управляемыми). Кроме того, СИД может быть связан с люминофором, который рассматривается как неотъемлемая часть СИДа (например, в некоторых типах СИДов белого цвета). Вообще говоря, термин «СИД» может относиться к СИДам в корпусном исполнении, СИДам в бескорпусном исполнении, СИДам поверхностного монтажа, СИДам в исполнении «на плате», СИДам монтажа в Т-образном корпусе, СИДам в радиальном корпусе, СИДам силовых модулей, СИДам, включающим в себя некоторого типа кожух и/или оптический элемент (например, диффузионную линзу), и т.д.

Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из множества источников излучения, включая, но не в ограничительном смысле, источники на основе СИДов (включающие в себя один или более вышеописанных СИДов), температурные источники света (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцентные источники, газоразрядные источники высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные лампы), лазеры, электролюминесцентные источники других типов, пиролюминесцентные источники (например, факелы), свечелюминесцентные источники (например, калильные сетки газовых фонарей, источники излучения с дугами между угольными электродами), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), источники с катодной люминесценцией, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, источники с экранной люминесценцией, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, звуколюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Заданный источник света может быть сконфигурован с возможностью генерирования электромагнитного излучения в пределах видимой области спектра, вне видимой области спектра, или комбинации обоих этих случаев. Здесь термины «свет» и «излучение» употребляются взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один (одну) или более фильтров (например, цветных светофильтров), линз или других оптических компонентов. Следует также понимать, что источники света могут быть сконфигурированы подходящими для многих приложений, включая, но не в ограничительном смысле, указание, отображение и/или освещение. «Источник освещения» - это источник света, сконфигурированный с возможностью генерирования излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте термин «достаточная интенсивность» относится к той мощности излучения в видимой области спектра, генерируемого в пространстве или окружающей среде (для выражения суммарного света, выдаваемого из источника света во всех направлениях, применительно к мощности излучения или «световому потоку» часто употребляются такие единицы измерения, как «люмены»), для обеспечения освещения в окружающей среде (т.е. свет, который может восприниматься непосредственно и который может, например, отражаться от одной или более из множества промежуточных поверхностей перед тем, как будет воспринят полностью или частично).

Термин «спектр» следует понимать как относящийся к любой одной или нескольким частотам (или длинам волн) излучения, создаваемого одним или более источниками света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимой области спектра, но и к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой или других областях всего электромагнитного спектра. Кроме того, заданный спектр может иметь относительно малую ширину полосы (например, ПШУМ, имеющую, по существу, лишь малое количество составляющих частот или длин волн) или относительно большую ширину полосы (несколько составляющих частот (или длин волн), имеющих разные относительные интенсивности). Следует также понимать, что заданный спектр может быть результатом смешения двух или более других спектров (например, смешения излучений, соответственно испускаемых из нескольких источников света).

В целях, преследуемых этим описанием, термин «цвет» употребляется взаимозаменяемо с термином «спектр». Вместе с тем термин «цвет» обычно употребляется для обозначения главным образом свойства излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя это употребление не следует считать ограничивающим объем этого термина). Соответственно, термины «разные цвета» неявно относятся к нескольким спектрам, имеющим разные составляющие длин волн и/или полосы пропускания. Следует также понять, что термин «цвет» можно употреблять в связи как с белым, так и с небелым светом.

Термин «цветовая температура» обычно употребляется здесь в связи с белым светом, хотя это употребление не следует считать ограничивающим объем этого термина. Цветовая температура, по существу, относится к конкретному цветовому содержанию или оттенку (например, красноватому, голубоватому) белого света. Соответственно, цветовая температура выборки заданного излучения обычно характеризуется в Кельвинах (К) излучателя, считающегося абсолютно черным телом, которое излучает, по существу, тот же самый спектр, что и в выборке излучения, о которой идет речь. Цветовые температуры излучателя, считающегося абсолютно черным телом, обычно находятся в диапазоне от приблизительно 700 К (эту температуру, как правило, считают первой различимой для человеческого глаза) до свыше 10000 К; белый свет обычно воспринимается при цветовых температурах свыше 1500-2000 К.

Пониженные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную составляющую красного цвета или «ощущаемый как более теплый», а повышенные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную составляющую голубого цвета или «ощущаемый как более холодный». В качестве примера отметим, что огонь имеет цветовую температуру приблизительно 1800 К, обычная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848 К, дневной свет ранним утром соответствует цветовой температуре приблизительно 3000 К, а свет неба в пасмурный полдень соответствуют цветовой температуре приблизительно 10000 К. Цветное изображение, видимое в дневном свете, соответствующем цветовой температуре приблизительно 3000 К, имеет относительно красноватый тон, тогда как то же самое цветное изображение, видимое в дневном свете, соответствующем цветовой температуре приблизительно 10000 К, имеет относительно голубоватый тон.

Употребляемый здесь термин «осветительный прибор» относится к воплощению или компоновке одного или более осветительных блоков, выполненных с конкретными конструктивными параметрами в сборке или корпусе. Употребляемый здесь термин «осветительный блок» относится к устройству, включающему в себя один или более источников света одинакового типа или разных типов. Заданный осветительный блок может иметь любую из множества установочных компоновок для источника (источников) света, компоновок и форм оболочек и/или кожухов и/или конфигураций электрических и механических соединений. Кроме того, заданный осветительный блок может быть - по выбору - связан с различными другими компонентами (например, может включать в себя такие компоненты, быть подключенным к ним и/или установленным в корпусе вместе с ними) (например, со схемами управления), связанными с работой источника (источников) света). Термин «осветительный блок на основе СИД» относится к осветительному блоку, который включает в себя один или более вышеуказанных источников света на основе СИД по отдельности или в сочетании с другими источниками света не на основе СИД. Термин «многоканальный» осветительный блок относится к осветительному блоку на основе СИД или не на основе СИД, который включает в себя, по меньшей мере, два источника света, конфигурация которых обеспечивает соответственное генерирование разных спектров излучения, при этом спектр каждого отличающегося источника света можно назвать «каналом» многоканального осветительного блока.

Термин «контроллер» употребляется здесь в основном для описания различных устройств, связанных с работой одного или более источников света. Контроллер может быть воплощен многочисленными способами (например, такими как в виде специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, рассматриваемых здесь. «Процессор» является одним из примеров контроллера, в котором применяются один или более микропроцессоров, которые можно запрограммировать с использованием программных средств (например, микрокода) для выполнения различных функций, рассматриваемых здесь. Контроллер может быть воплощен с применением или без применения процессора, а также может быть воплощен в виде совокупности специализированных аппаратных средств для выполнения различных функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных с ними схем) для выполнения других функций. Примеры составных частей контроллера, применимые в различных вариантах осуществления данного изобретения, включают в себя, но не в ограничительном смысле, обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (СИС) и программируемые логические матрицы (ПЛМ).

В различных вариантах воплощения, процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителей информации (которые, в общем, упоминаются здесь как «запоминающее устройство», например энергозависимое или энергонезависимое запоминающее компьютерное устройство, такое как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ) и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флоппи-диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента, и т.д.). В некоторых воплощениях, носители информации могут быть закодированы одной или более программами, которые при их исполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют, по меньшей мере, некоторые из рассматриваемых здесь функций. Различные носители информации могут быть установлены внутри процессора или контроллера, либо могут быть транспортируемыми таким образом, что одну или более хранящихся на них программ можно загружать в процессор или контроллер для воплощения различных аспектов данного изобретения, рассматриваемых здесь. Термины «программа» или «компьютерная программа» употребляются здесь в родовом смысле для обозначения компьютерного кода любого типа (например, кода программного обеспечения или микрокода), который можно применять для программирования одного или более процессоров или контроллеров.

Употребляемый здесь термин «адресуемое» относится к устройству (например, источнику света в целом, осветительному блоку или прибору, контроллеру или процессору, связанному с одним или более источниками света или осветительными блоками, другими устройствами, не связанными с освещением, и т.д.), сконфигурированному с возможностью приема информации (например, данных), предназначенной для многочисленных устройств, включая его само, и избирательный ответ на конкретную информацию, предназначенный для последнего. Термин «адресуемое» часто употребляется в связи с сетевой средой (или «сетью», подробно рассматриваемой ниже), в которой многочисленные устройства подключены друг к другу с помощью некоторого средства или некоторых средств связи.

В одном сетевом воплощении, одно или более устройств, подключенных к сети, могут служить в качестве контроллера для одного или более других устройств, подключенных к сети (например, с созданием взаимосвязи типа «ведущее устройство-ведомое устройство»). В другом воплощении, сетевая среда может включать в себя один или несколько специально выделенных контроллеров, которые сконфигурированы с возможностью управления одним или более устройствами, подключенными к сети. В общем случае каждое из многочисленных устройств, подключенных к сети, может иметь доступ к данным, которые представлены на средстве (средствах) связи; вместе с тем заданное устройство может быть «адресуемым» в том смысле, что оно сконфигурировано с возможностью избирательного обмена данными с сетью (т.е. приема данных из нее и/или передачу данных в нее) на основании, например, одного или более конкретных идентификаторов (например, «адресов»), присвоенных этому устройству.

Употребляемый здесь термин «сеть» относится к любой взаимосвязи двух или более устройств (включая контроллеры или процессоры), которая облегчает транспортировку информации (например, для управления устройствами, хранения данных, обмена данными и т.д.) между любыми двумя или более устройствами и/или среди многочисленных устройств, подключенных к сети. Как должно быть совершенно ясно, различные воплощения сетей, подходящие для взаимосвязи многочисленных устройств, могут включать в себя любую из множества топологий сетей и предусматривать применение любого из множества протоколов связи. Кроме того, в различных сетях, соответствующих данному изобретению, любое соединение между двумя устройствами может представлять собой специально выделенное соединение между двумя системами или - в альтернативном варианте - соединение, не являющееся специально выделенным. В дополнение к передачи информации, предназначенной для двух устройств, такое соединение, не являющееся специально выделенным, может передавать информацию, не обязательно предназначенную для любого из этих двух устройств (например, это может быть соединение открытой сети).

Употребляемый здесь термин «интерфейс пользователя» относится к интерфейсу между человеком-пользователем или оператором и одним или более устройствами, создающему возможность связи между пользователем и устройством (устройствами). Примеры интерфейсов пользователя, которые применимы в различных воплощениях данного изобретения, включают в себя, но не в ограничительном смысле, переключатели, потенциометры, кнопки, наборные диски, ползунки, мышь, клавиатуру, клавишное поле, игровые контроллеры различных типов (например, джойстики), трекболы, отображающие экраны, различных типов графические интерфейсы пользователя (ГИПы), тактильные экраны, микрофоны и датчики других типов, которые могут принимать в некоторой форме стимулирующее воздействие, генерируемое человеком, и генерировать сигнал в ответ на него.

Следует понимать, что все комбинации вышеизложенных понятий и дополнительных понятий, подробно рассматриваемых ниже (при условии, что эти понятия не являются взаимно несовместимыми), предполагаются составляющими часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. В частности, предполагается, что все комбинации признаков заявляемого объекта изобретения, приводимые в конце этого описания, составляют часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. Следует также понимать, что терминологию, употребляемую здесь в явном виде и также возможно присутствующую в описании любого изобретения, упоминаемого здесь для справок, следует считать имеющей смысл, наиболее соответствующий конкретным понятиям, описываемым здесь.

Краткое описание чертежей

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

фиг.1 изображает принципиальную схему обычного понижающего или «импульсного понижающего» преобразователя постоянного тока в постоянный;

фиг.2 изображает диаграмму, иллюстрирующую различные рабочие сигналы, связанные с преобразователем постоянного тока в постоянный согласно фиг.1;

фиг.3 изображает диаграмму, конкретно иллюстрирующую зависимость тока индуктора от напряжения, прикладываемого к одной клемме индуктора, по отношению к «земле» в течение двух последовательных операций переключения в преобразователе согласно фиг.1;

фиг.4А изображает принципиальную схему осветительного устройства с СИДами в трех ветвях импульсной стабилизирующей схемы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.4В изображает диаграмму результатов моделирования, когда СИДы в ветви переключателя, согласно фиг.4А, представляют собой СИД (СИДы) красного цвета, СИДы в неуправляемой ветви представляют собой СИД (СИДы) голубого цвета, а СИДы в нагрузочной ветви представляют собой СИД (СИДы) белого цвета в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.4С изображает диаграмму результатов моделирования, когда СИДы в ветви переключателя, согласно фиг.4А, представляют собой СИД (СИДы) голубого цвета, СИДы в неуправляемой ветви представляют собой СИД (СИДы) красного цвета, а СИДы в нагрузочной ветви представляют собой СИД (СИДы) белого цвета в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.5 изображает принципиальную схему осветительного устройства с СИДами в ветви переключателя и неуправляемой ветви импульсной стабилизирующей схемы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.6А изображает принципиальную схему осветительного устройства с СИДами в ветви переключателя и нагрузочной ветви импульсной стабилизирующей схемы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.6В изображает диаграмму результатов моделирования, когда СИДы в ветви переключателя, согласно фиг.6А, представляют собой СИД (СИДы) красного цвета в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.7 изображает принципиальную схему альтернативного осветительного устройства с СИДами в неуправляемой ветви и нагрузочной ветви импульсной стабилизирующей схемы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фиг.8 изображает принципиальную схему осветительного устройства, имеющего интерфейс пользователя для одновременного изменения напряжения источника, подаваемого на импульсную стабилизирующую схему, и опорного напряжения, подаваемого на схему управления с обратной связью, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Обычная импульсная стабилизирующая схема обеспечивает стабилизированное напряжение или стабилизированный ток на одну или более нагрузок (например, один или более СИДов), обеспечивая, по существу, стабильную рабочую мощность. Однако осветительное устройство, содержащее обычную импульсную стабилизирующую схему, может иметь ограниченную способность обеспечивать некоторый диапазон изменяемых светоотдач, включая управление изменяемым цветом или изменяемой цветовой температурой; как правило, такое управление изменяемым цветом или изменяемой цветовой температурой нельзя реализовать с использованием одной стабилизирующей схемы. Кроме того, изменение светоотдачи в результате излучения одним или более СИДами, составляющими нагрузку обычной импульсной стабилизирующей схемы, в общем случае требует дополнительных аппаратных средств и/или управляющей проводки для обеспечения доступа к схеме управления с обратной связью импульсной стабилизирующей схемы (чтобы регулировать опорное напряжение для схемы управления с обратной связью, а значит - и рабочий цикл импульсной стабилизирующей схемы).

Несмотря на предыдущие ограничения, заявитель понял и по достоинству оценил тот факт, что обычную импульсную стабилизирующую схему можно модифицировать для стратегического введения одного или более СИДов на разных путях прохождения тока или токовых ветвях стабилизирующей схемы, тем самым обеспечивая некоторую степень диверсифицированного управления величиной тока, выдаваемого на СИДы в соответствующих разных токовых ветвях. Вообще говоря, в соответствии с описываемыми здесь концепциями, возможную нагрузку, такую как один или более СИДов, можно размещать в одной или более токовых ветвей импульсной стабилизирующей схемы, которая в обычном варианте не использовалась бы для обеспечения мощности на нагрузку, все же давая различные преимущества для осветительного устройства на основе СИД.

Например, некоторые варианты осуществления и воплощения, описываемые здесь, направлены на разработку способов и устройств для изменения токов возбуждения, обеспечиваемых на СИДы с разными спектрами, расположенные в разных ветвях одной импульсной стабилизирующей схемы, просто путем изменения уровня напряжения источника постоянного тока, который обеспечивает мощность для схемы. Напряжение источника постоянного тока можно обеспечить с помощью источника питания постоянного тока, или напряжение источника постоянного тока можно обеспечить с помощью любой другой подходящей совокупности элементов схемы, например, это может быть напряжение линии переменного тока, связанное с выпрямителем и фильтром для развязки напряжения линии переменного тока от выходного напряжения постоянного тока.

Фиг.4А иллюстрирует осветительное устройство 200 на основе СИДов, включающее в себя импульсную понижающую стабилизирующую схему 205, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Хотя импульсная понижающая стабилизирующая схема 205, показанная фиг.4А, отличается некоторыми неупоминаемыми аспектами от обычного импульсного понижающего стабилизатора, показанного на фиг.1, общие функциональные возможности импульсной понижающей стабилизирующей схемы 205 аналогичны общим функциональным возможностям, рассмотренным выше в связи с фиг.1. В устройстве согласно фиг.4А импульсная понижающая стабилизирующая схема содержит, по меньшей мере, три токовых ветви. В целях, преследуемых данным описанием, термин «нагрузочная ветвь» относится к первой ветви 160, в которой обычно должна располагаться рабочая нагрузка, к которой прикладывается напряжение нагрузки, V_{нагрузки} , и по которой течет ток нагрузки, I_{нагрузки}. Термин «ветвь переключателя» относится ко второй ветви 170 схемы 205 между транзисторным переключателем 122 и LC-цепочкой, которая включает в себя индуктор 124 и конденсатор 126 фильтра. Когда транзисторный переключатель 122 замкнут (находится в проводящем состоянии), по нагрузочной ветви течет ток I_перекл . Термин «неуправляемая ветвь» относится к третьей ветви 189 схемы 205, в которой в обычных импульсных понижающих стабилизаторах (см. фиг.1), как правило, размещен неуправляемый диод.

Хотя токовая ветвь, в которой, как правило, размещают нагрузку в обычном импульсном стабилизаторе, называется здесь «нагрузочной ветвью», различные варианты осуществления данного изобретения предусматривают размещение одной или более рабочих нагрузок, таких как СИДы, в одной из ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 189 или в них обеих, в дополнение к одной или более нагрузок в нагрузочной ветви 160 или вместо них.

Более конкретно, заявитель понял и по достоинству оценил тот факт, что хотя нагрузки, размещенные в нагрузочной ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы, запитываются стабилизированным напряжением или током, по существу, не подверженным относительно малым изменением напряжения источника, V_{источника} , нагрузки, размещенные в других токовых ветвях схемы, зависят от уровня напряжения источника, когда импульсный понижающий преобразователь работает в непрерывном режиме. Например, средний по времени ток «I_перекл» в ветви переключателя обратно пропорционален напряжению источника, V_{источника}, тогда как средний по времени ток «I_неупр» в неуправляемой ветви пропорционален напряжению источника, V_{источника} . Этой особенностью вольтодобавочных стабилизаторов можно воспользоваться в осветительном устройстве для создания света с изменяемым цветом или изменяемой цветовой температурой, излучаемого осветительным устройством, за счет стратегического введения многочисленных СИДов, имеющих разные спектры, по меньшей мере, в двух из ветви переключателя, нагрузочной ветви и неуправляемой ветви импульсной стабилизирующей схемы.

Например, осветительное устройство согласно фиг.4А дополнительно содержит один или более первых СИДов 210 в ветви 170 переключателя, причем в первый СИД (первые СИДы) 210 выдается первый ток возбуждения, I_перекл , один или более вторых СИДов 220 в неуправляемой ветви 180, причем во второй СИД (вторые СИДы) 220 выдается второй ток возбуждения, I_неупр, и один или более третьих СИДов 230 в нагрузочной ветви 180, причем в третий СИД (третьи СИДы) 220 выдается третий ток возбуждения, I_{нагрузки}. Хотя в каждой ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы на фиг.4А для простоты показан лишь один СИД, следует понимать, что устройство может включать в себя многочисленные СИДы в некоторых из множества последовательных, параллельных или последовательно-параллельных компоновок, так что ток возбуждения, подаваемый на различные СИДы в заданной ветви, оказывается достаточным для обеспечения желаемого осветительного эффекта.

В одном аспекте, изменяемой светоотдачи можно достичь с помощью осветительного устройства согласно фиг.4А, преднамеренно изменяя напряжение источника постоянного тока, V_{источника}, подаваемое на импульсную понижающую стабилизирующую схему, в некотором диапазоне, превышающем предусматриваемый в типичном случае в обычных импульсных понижающих стабилизаторах. Диапазон напряжения V_{источника}, который предусматривается различными вариантами осуществления, обуславливает значения, в 1,11 - 10 раз превышающие напряжение нагрузки, V_{нагрузки} , что охватывает рабочий цикл от 10 до 90%. Вместе с тем диапазон напряжения преимущественно ограничивают на основании номиналов напряжения выбранных компонентов схемы, а значение индуктивности для индуктора можно выбрать так, что будет обеспечиваться любой желаемый диапазон напряжения. В различных вариантах осуществления для коррекции напряжения источника, V_{источника}, в предписываемом рабочем диапазоне, подходящем для установления желаемого изменения цвета или цветовой температуры света, излучаемого осветительным устройством, можно использовать аналоговый или цифровой интерфейс 610 пользователя, такой как потенциометр или ЦАП.

В устройстве согласно фиг.4А схему 130 управления с обратной связью можно использовать для управления одной или более рабочими характеристиками транзисторного переключателя 122 для выдачи стабилизированного тока нагрузки, I_{нагрузки} , на СИД (СИДы) 230. Например, ток нагрузки, I_{нагрузки} , подаваемый на СИД (СИДы) 230, можно стабилизировать путем управления частотой переключения или рабочим циклом транзисторного переключателя 122, когда детектируются изменения в токе нагрузки, как описано выше в связи с фиг.1. Различные осветительные устройства, описываемые здесь, можно калибровать, чтобы устанавливать заданное значение для опорного напряжения, V_опорн, в схеме 130 управления с обратной связью, с которым сопоставляется дискретизированный ток нагрузки, I_{нагрузки}. Критерии задания опорного напряжения, V_опорн, могут зависеть от конкретного приложения освещения, поскольку упомянутое заданное значение может определять диапазон чувствительности для СИДов в различных ветвях импульсной понижающей стабилизирующей схемы.

В частности, некоторые факторы, которые могут вносить вклад в определение заданного значения для опорного напряжения (которое в конечном счете диктует стабилизированный ток нагрузки), включают в себя, но не в ограничительном смысле, количество и тип СИДов в каждой ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы. Например, при токе возбуждения 20 мА прямое напряжение (например, 1,8-2,2 В) СИДа красного цвета составляет приблизительно половину прямого напряжения (например, 3,6-4 В) СИДа голубого цвета. Таким образом, комбинация количества и компоновки СИДов разных типов в различных ветвях импульсной понижающей стабилизирующей схемы совместно с ожиданиями желаемого осветительного эффекта могут диктовать конфигурацию схемы 130 управления с обратной связью для достижения желаемого осветительного эффекта.

Как говорилось ранее, для импульсной понижающей стабилизирующей схемы, работающей в непрерывном режиме, отношение напряжения нагрузки, V_{нагрузки} , к напряжению источника, V_{источника}, связано с рабочим циклом транзисторного переключателя согласно следующей зависимости:

,

где: D - рабочий цикл транзисторного переключателя, t_вкл - время, в течение которого переключатель находится в проводящем состоянии, а Т - длительность одного периода переключения (т.е. Т=t_вкл+t_выкл). Как должно быть ясно из вышеуказанной зависимости и фиг.4А, для СИДа (СИДов) в неуправляемой ветви 180 средний по времени ток I_неупр, подаваемый в СИД (СИДы) 220 неуправляемой ветви, зависит от рабочего цикла транзисторного переключателя 122. Более конкретно, когда напряжение источника, V_{источника}, увеличивается, схема 130 управления с обратной связью посылает управляющий сигнал 140 в транзисторный переключатель 122, чтобы уменьшить его цикл готовности (путем уменьшения t_вкл) для поддержания постоянного тока нагрузки, I_{нагрузки}. Поскольку неуправляемые СИД (СИДы) 220 активируется (активируются) на протяжении части цикла переключения, когда транзисторный переключатель находится в непроводящем состоянии (например, в течение времени t_выкл), увеличение напряжения источника, V_{источника}, вызывает уменьшение рабочего цикла (т.е. увеличение t_выкл), что, в свою очередь, приводит к большей мощности, подводимой к СИДу (СИДам) 220 в неуправляемой ветви стабилизирующей схемы.

В отличие от этого, для СИДа (СИДов) в ветви 170 переключателя, мощность, подводимая к СИДу (СИДам) 220 в ветви переключателя, обратно пропорциональна напряжению источника, V_{источника}. То есть, когда напряжение источника, V_{источника}, увеличивается, рабочий цикл, а значит и время пребывания в проводящем состоянии (t_вкл) транзисторного переключателя 122 уменьшается. Уменьшение времени t_вкл пребывания переключателя в проводящем состоянии приводит к уменьшению среднего по времени тока «I_перекл», выдаваемого в СИД (СИДы) 220 в ветви переключателя, что приводит к уменьшенной мощности, подводимой к СИДу (СИДам) в ветви переключателя. Таким образом, за счет увеличения напряжения источника, V_{источника} , мощность, подводимая к СИДу (СИДам) в ветви 170 переключателя, уменьшается, мощность, подводимая к СИДу (СИДам) в неуправляемой ветви 180, увеличивается, а мощность, подводимая к СИДу (СИДам) в нагрузочной ветви 160 остается относительно неизменной благодаря стабилизированному току нагрузки, I_{нагрузки}, подаваемому импульсной понижающей стабилизирующей схемой. И наоборот, если напряжение источника, V_{источника}, уменьшается, мощность, подводимая к СИДу (СИДам) в ветви переключателя, увеличивается, а мощность, подводимая к СИДу (СИДам) в неуправляемой ветви, уменьшается.

Вышеупомянутые зависимости между напряжением источника и средними по времени токами возбуждения в ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 180, соответственно, зависят, по меньшей мере - частично, от импульсной понижающей стабилизирующей схемы, работающей в непрерывном режиме. Как описано ранее, обычные импульсные понижающие стабилизирующие схемы могут работать в непрерывном режиме или прерывистом режиме. Как показано на фиг.3, во время непрерывного режима ток, протекающий через индуктор 124, не падает до нуля между циклами переключения транзисторного переключателя 122. В отличие от этого, если рабочий цикл транзисторного переключателя 122 очень мал, так что t_выкл значительно больше, чем t_вкл, лишь малое количество энергии аккумулируется в индукторе, когда транзисторный переключатель 122 замкнут, и эта энергия может быстро рассеиваться, когда транзисторный переключатель разомкнут, обеспечивая падение тока, протекающего через индуктор 124, до нуля во время части цикла переключения, соответствующей состоянию «выкл», и приводя к работе стабилизирующую схему в прерывистом режиме. Если импульсная стабилизирующая схема работает в прерывистом режиме, ток в неуправляемой ветви 180 может падать до нуля в течение периода, соответствующего состоянию «выкл». Следовательно, этот недостаток существенного тока возбуждения, выдаваемого в СИД (СИДы) в неуправляемой ветви 220 во время части цикла переключения, может привести к непредсказуемым или нежелательным рабочим параметрам СИДа (СИДов) в неуправляемой ветви 180.

Размещая СИДы, которые генерируют разные спектры излучения в двух или более из ветви 170 переключателя, неуправляемой ветви 180 и нагрузочной ветви 160 импульсной понижающей стабилизирующей схемы, показанной на фиг.4А, можно достичь осветительных эффектов изменяемого цвета и/или изменяемой цветовой температуры с помощью одной стабилизирующей схемы. Например, в одном возможном варианте осуществления, СИД (СИДы) 230 в нагрузочной ветви могут излучать, по существу, белый свет, СИД (СИДы) 210 в ветви переключателя могут излучать, по существу, красный свет, а СИД (СИДы) 230 в неуправляемой ветви могут излучать, по существу, голубой свет.

Более конкретно, если один или более СИДов красного цвета размещены в ветви переключателя, а один или более СИДов голубого цвета размещены в неуправляемой ветви, то увеличение напряжения источника, V_{источника}, приводит к соответствующему уменьшению рабочего цикла транзисторного переключателя 122. Это уменьшение рабочего цикла вызывает увеличение мощности, подводимой к СИДам 220 в неуправляемой ветви (становится больше голубого цвета), и уменьшение мощности, подводимой к СИДам 210 в ветви переключателя (становится больше красного цвета), что приводит к воспринимаемому увеличению цветовой температуры комбинированной светоотдачи из осветительного устройства 200. То есть комбинированную светоотдачу из осветительного устройства 200 можно воспринимать как имеющую меньшую цветовую температуру и имеющую большее спектральное содержание голубого цвета. На фиг.4В показаны результаты моделирования, соответствующего этому варианту осуществления, путем демонстрации того, как коррелированная цветовая температура (КЦТ) изменяется в зависимости от напряжения источника, V_{источника} (V_вх на фиг.4B). Поскольку средний ток на пути прохождения через переключатель уменьшается с увеличением входного напряжения, а средний ток на пути прохождения через неуправляемый диод увеличивается с увеличением входного напряжения, светоотдача из осветительного устройства выглядит как «менее красная» или «более холодная» при более высокой КЦТ, когда напряжение источника увеличивается.

В другом варианте осуществления, цвет СИДа (СИДов) в ветви переключателя и неуправляемой ветви можно поменять местами, так что СИД (СИДы) 210 в ветви переключателя будут излучать, по существу, голубой свет, а СИД (СИДы) 220 в неуправляемой ветви будут излучать, по существу, красный цвет. В любом из этих вариантов осуществления, изменение напряжения источника, V_{источника}, может иметь эффект воспринимаемой цветовой температуры в общем белого света, излучаемого из осветительного устройства 200, что является результатом комбинированных спектров, когда они присутствуют, генерируемых СИДами в соответствующих ветвях.

Более конкретно, в этом варианте осуществления уменьшение напряжения источника, V_{источника}, в этом примере приводит к соответствующему увеличению рабочего цикла транзисторного переключателя 122 и воспринимаемому уменьшению цветовой температуры комбинированного белого света, излучаемого из осветительного устройства 200, когда мощность, подводимая к СИДам красного цвета в ветви 170 переключателя, увеличивается, а мощность, подводимая к СИДам голубого цвета в неуправляемой ветви 180, уменьшается. На фиг.4С показаны результаты моделирования, соответствующего этому варианту осуществления, путем демонстрации того, как коррелированная цветовая температура (КЦТ) изменяется в зависимости от напряжения источника, V_{источника} (V_вх на фиг.4С). Поскольку средний ток на пути прохождения через переключатель уменьшается с увеличением входного напряжения, а средний ток на пути прохождения через неуправляемый диод увеличивается с увеличением входного напряжения, светоотдача из осветительного устройства выглядит как «более красная» или «менее холодная» при более низкой КЦТ, когда напряжение источника увеличивается.

Хотя в связи с устройством согласно фиг.4А рассмотрены только СИДы, которые излучают красный, голубой или белый свет, будет легко понять, что СИД (СИДы), имеющие множество выходных спектров, можно использовать в любой комбинации в разных ветвях устройства, а аспекты вариантов осуществления изобретения в этой связи ограничений не имеют. Например, СИД (СИДы) в нагрузочной ветви могут содержать комбинацию СИДов красного цвета, СИДов голубого цвета и СИДов зеленого цвета, а когда комбинация СИДов в нагрузочной ветви активируется в тандемном режиме, СИДы в нагрузочной ветви кажутся излучающими, по существу, белый свет.

В еще одном варианте осуществления, осветительное устройство 300, показанное на фиг.5, может включать в себя СИД (СИДы) 210, имеющие, по меньшей мере, один первый цвет, в ветви переключателя, и СИД (СИДы) 220, имеющие, по меньшей мере, один второй цвет, в неуправляемой ветви 180 импульсной понижающей стабилизирующей схемы 205. В этом варианте осуществления, в нагрузочную ветвь можно вводить нагрузочный резистор 310 или любой другой подходящий нагрузочный элемент, а не СИД (СИДы) 230, показанные на фиг.4А. Чтобы обеспечить надлежащее функционирование импульсного понижающего преобразователя, резистивная нагрузка может иметь номинальное значение, гарантирующее, что индуктор 124 всегда пропускает ток (т.е. поддерживается непрерывный режим). Номинальное значение резистивной нагрузки можно определять, рассматривая желаемое входное напряжение и токи, протекающие по ветви переключателя и неуправляемой ветви. Например, в этом варианте осуществления, где желательно обеспечить средний ток 500 мА для каждого из СИДа (СИДов) 210 в ветви переключателя и СИДа (СИДов) 220 в неуправляемой ветви с использованием номинального напряжения источника, V _{источника}, составляющего 12 В, схема 130 управления с обратной связью может быть сконфигурирована с возможностью задействовать транзисторный переключатель 122 в 50%-м рабочем цикле (обеспечивающем 6 В постоянного тока на выходе). В этом примере стабилизированный выходной ток для СИДа (СИДов) представляет собой выходной ток величиной 2×500 мА = 1 A, а номинальное сопротивление нагрузочного резистора 310 может составлять 6В/1A = 6 Ом, что позволило бы рассеивать только 6 ватт мощности. Если протекание тока через индуктор 124 не является непрерывным, осуществляемая стабилизация напряжения нагрузки, V_{нагрузки}, или тока нагрузки, I_{нагрузки}, может ухудшаться или оказываться невозможной, и поэтому может становиться неприемлемой в некоторых приложениях.

В иллюстративном варианте осуществления согласно фиг.5 переключательные СИД (СИДы) 210 могут иметь первый цвет, а неуправляемые СИД (СИДы) 220 могут иметь второй цвет. Например, в случае СИДа с общим катодом, дающего два цвета - зеленый и красный, можно подсоединить СИД красного цвета в качестве СИДа 210 в ветви 170 переключателя и можно подсоединить СИД зеленого цвета в качестве СИДа 220 в неуправляемой ветви 180. Как описано выше, мощность, подводимая к каждому из СИДов в ветви 170 переключателя, и мощность, подводимая к каждому из СИДов в неуправляемой ветви 180, зависит от напряжения источника, V_{источника}, выдаваемого в схему, когда рабочий цикл транзисторного переключателя 122 автоматически корректируется схемой 130 управления с обратной связью для подачи стабилизированного тока I_{нагрузки} на нагрузку Ri.

В одном иллюстративном примере работы схемы, показанной на фиг.5, если напряжение источника, V_{источника}, вдвое больше напряжения нагрузки, V _{нагрузки}, рабочий цикл транзисторного переключателя составляет 50%, а мощность, подводимая к каждому из СИДов в ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 180, приблизительно одинакова (потому что t_вкл=t_выкл). В этом отдельном случае воспринимаемый комбинированный свет из осветительного устройства 300 является оранжевым, так как, по существу, вся мощность подводится к СИДу (СИДам) красного цвета в ветви 170 переключателя и СИДу (СИДам) зеленого цвета в неуправляемой ветви 180. Вместе с тем, когда напряжение источника, V_{источника}, увеличивается схема 130 управления с обратной связью выдает управляющий сигнал на транзисторный переключатель 122 для уменьшения управляющего цикла (т.е. уменьшения t_вкл) с целью поддержания стабильного напряжения нагрузки, V_{нагрузки}, или тока нагрузки, I_{нагрузки}. Уменьшение рабочего цикла транзисторного переключателя 122 оказывает противоположные влияния на СИД (СИДы) в ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 180. Мощность, подводимая к переключательному СИДу (СИДам), уменьшается с уменьшением t_вкл, что приводит к менее интенсивному красному свету, излучаемому от переключательного СИДа (СИДов) 210. В отличие от этого, мощность, подводимая к неуправляемому СИДу (СИДам), увеличивается с уменьшением t_вкл (t_выкл тоже увеличивается), что приводит к менее интенсивному зеленому свету, излучаемому от неуправляемого СИДа (СИДов) 220. Таким образом, результирующий воспринимаемый комбинированный свет, излучаемый из осветительного устройства 300 при увеличении напряжения источника, представляется как преимущественно зеленый из-за смешения спектров, когда они присутствуют, света, излучаемого СИДами в ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 180. В отличие от этого уменьшение напряжения источника, V_{источника} , приводит к воспринимаемому изменению цвета, при котором комбинированная светоотдача представляется соответствующей преимущественно красному цвету.

Должно быть совершенно ясно, что в качестве СИДа (СИДов) 210 в ветви переключателя и СИДа (СИДов) 220 в неуправляемой ветви осветительного устройства 300 можно использовать СИД (СИДы) любого подходящего цвета в зависимости от желаемого светового эффекта и что вышеупомянутый пример двухцветного зелено-красного СИДа, приведен просто в иллюстративных целях. Например, один или более СИДов в обеих ветвях, переключателя и неуправляемой, 170 и 180 могут излучать свет, воспринимаемый как, по существу, белый свет. Вместе с тем, СИД (СИДы) в одной из ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 180 могут иметь цветовую температуру, соответствующую цвету, воспринимаемому как «более теплый», а СИД (СИДы) в другой из ветви 170 переключателя и неуправляемой ветви 180 могут иметь цветовую температуру, соответствующую цвету, воспринимаемому как «более холодный» (например, СИД (СИДы) 210 могут включать в себя один или более первых СИДов белого цвета, которые генерируют первое излучение, имеющее первый спектр, соответствующий «теплому» белому свету, а СИД (СИДы) 220 могут включать в себя один или более вторых СИДов белого цвета, которые генерируют второе излучение, имеющее второй спектр, соответствующий «холодному» белому свету, или наоборот). В этой возможной конфигурации, изменения, вносимые в напряжение источника, V_{источника}, может увеличивать или уменьшать воспринимаемую цветовую температуру комбинированных спектров света, генерируемого СИДами в осветительном устройстве.

Еще одни варианты осуществления направлены на разработку осветительного устройства, в котором один или более СИДов могут быть подключены в ветви 170 переключателя или неуправляемой ветви 180, а не обязательно в обеих этих токовых ветвях. Как показано на фиг.6А, осветительное устройство 400 содержит импульсную понижающую стабилизирующую схему 205, в которой первый СИД (первые СИДы) 210 подключен(ы) в ветви 170 переключателя, а второй СИД (первые СИДы) 230 подключен(ы) в нагрузочной ветви 160. Неуправляемый диод 128 может быть диодом с быстрым восстановлением, который, как правило, используется в обычном вольтодобавочном преобразователе. В одном возможном воплощении, основанном на фиг.6А, СИДы 210 в ветви 170 переключателя могут быть СИДами зеленого цвета, а СИДы 230 в нагрузочной ветви 160 могут быть СИДами желтого цвета. Изменение напряжения источника, V_{источника}, заставляет схему 130 управления с обратной связью соответственно изменять рабочий цикл транзисторного переключателя 122 для выдачи тока нагрузки, I_{нагрузки}, на СИДы 230 в нагрузочной ветви 160. Результирующий воспринимаемый комбинированный свет, излучаемый от осветительного устройства 400 в этой конфигурации, может соответственно изменяться в диапазоне цветов от желтого к зеленому по мере изменения напряжения источника, V_{источника}.

По меньшей мере, одним преимуществом схемы, проиллюстрированной на фиг.6А, является то, что достижения максимальной мощности посредством СИДа (СИДов) в ветви 170 переключателя можно добиться путем уменьшения напряжения источника, V_{источника}, до малого значения, которое ограничивает энергопотребление схемы, и еще обеспечивает достаточное напряжение для работы импульсной понижающей стабилизирующей схемы в непрерывном режиме и подвод соответствующей мощности к СИДу (СИДам) в нагрузочной ветви 160. Такие «маломощные» варианты осуществления могут оказаться полезными во множестве сред освещения, а воплощение таких вариантов не ограничивается ни в каком аспекте.

Фиг.6В иллюстрирует результаты моделирования, демонстрирующие влияние напряжения источника на коррелированную цветовую температуру, когда СИД (СИДы) в ветви 170 переключателя осветительного устройства, показанного на фиг.6А, представляют собой СИД (СИДы) красного цвета. Как показано на фиг.6В, когда напряжение источника, V_{источника} (V_вх на фиг.6B), увеличивается, средний ток на пути прохождения через переключатель уменьшается. Таким образом, светоотдача осветительным устройством представляется соответствующей «менее красному» или «более холодному» цвету с более высокой КЦТ при более высоких напряжениях источника.

Компоненты схемы в предыдущих возможных вариантах осуществления осветительного устройства могут иметь любые подходящие значения параметров. Например, в воплощениях согласно фиг.4A, 4B и 6B, компоненты схемы имели следующие значения параметров: 0,5 Ом; индуктивность индуктора 124-220 мкГн; емкость конденсатора 126-2 мкФ; ИС управления представляла собой ИС L4976D. Следует понять, что вышеупомянутые значения являются лишь возможными, а компоненты схемы осветительного устройства, описанные здесь, могут также иметь другие подходящие значения параметров.

В еще одном варианте осуществления, неуправляемый диод 128 обычного импульсного понижающего стабилизатора, показанного на фиг.1, может быть заменен СИДом 220, как проиллюстрировано на фиг.7. Такая конфигурация для осветительного устройства 500 может обеспечить генерирование осветительных эффектов, аналогичных тем, которые описаны выше в связи с осветительным устройством 400, показанным на фиг.6А, но без вносимой сложности подключения дополнительных СИДов в ветви переключателя схемы. То есть осветительное устройство 500 способствует генерированию воспринимаемого света, излучаемого из осветительного устройства, с изменением по одному цветовому размеру, как описано выше для осветительного устройства 400. Например, поскольку мощность, подводимая к СИДу (СИДам) 220 в неуправляемой ветви, пропорциональна напряжению источника, V _{источника}, увеличение напряжения источника приводит к увеличению мощности, подводимой к СИДу (СИДам) 220 в неуправляемой ветви, для получения желаемого осветительного эффекта.

Таким образом, хотя возможные варианты осуществления рассмотрены как включающие в себя один или более СИДов в двух или более ветвях импульсной понижающей стабилизирующей схемы 205, в еще одних вариантах осуществления СИД (СИДы) могут быть подключены либо в ветви 170 переключателя, либо в неуправляемой ветви 180, а нагрузочный резистор или другое подходящее резистивное устройство с некоторым подходящим значением параметра может быть подключено в нагрузочной ветви импульсной понижающей стабилизирующей схемы. Назначением нагрузочного резистора или другого резистивного устройства может быть не излучение света, а скорее обеспечение надлежащей работы импульсной понижающей стабилизирующей схемы (например, в непрерывном режиме) и содействие установлению желаемого рабочего цикла. В таких вариантах осуществления изменения напряжения источника, V_{источника}, могут привести к тому, что мощность, подводимая к СИДу (СИДам), когда они присутствуют, будет соответственно увеличиваться или уменьшаться согласно вышеописанным принципам. А если так, то изменения напряжения источника, V_{источника} , приводят к воспринимаемому эффекту потускнения для света, излучаемого от осветительного устройства, имеющего один или более СИДов в любой из ветви переключателя 170 или неуправляемой ветви 180, а не обязательно в обеих этих токовых ветвях.

По меньшей мере, некоторые варианты осуществления, описанные здесь как обуславливающие генерирование комбинированного света, обладающего свойствами изменяемого цвета и/или изменяемой цветовой температуры, которые можно изменять на основании изменений прикладываемого напряжения источника, V_{источника}, требуют преднамеренного изменения напряжения источника для получения желаемого осветительного эффекта. А если так, то как говорилось выше, некоторые варианты осуществления могут предусматривать наличие, по меньшей мере, одного интерфейса 610 пользователя для изменения напряжения источника, как проиллюстрировано на фиг.4-7. Один подходящий интерфейс 610 пользователя может содержать аналоговое устройство, такое как переменный резистор или потенциометр, подключенный к управляемому источнику 212 напряжения. Корректируя значение сопротивления потенциометра, можно соответственно корректировать напряжение источника, прикладываемое к транзисторному переключателю 122. В альтернативном варианте, интерфейс 610 пользователя может содержать цифровое устройство, включая - но не в ограничительном смысле - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и/или микропроцессор, и интерфейс 610 пользователя может быть подключен к осветительному устройству согласно различным вариантам осуществления любым подходящим образом для изменяемого управления напряжением источника, V _{источника}.

В некоторых вариантах осуществления интерфейс 610 пользователя может быть сконфигурирован с возможностью сопряжения и с управляемым источником 212 напряжения, и со схемой 130 управления с обратной связью, как показано на фиг.8. Такая компоновка может облегчить моделирование температурных источников света, а также достижение ряда других эффектов посредством осветительной системы, которая включает в себя СИДы. Например, когда температурный источник света дает потускневший свет, в общем случае воспринимаемая цветовая температура излучаемого потускневшего света одновременно снижается таким образом, что этот свет кажется обладающим характеристикой более красного или «теплого». Управление и заданным значением (опорным напряжением V_опорн) в схеме 130 управления с обратной связью, и напряжением источника, V _{источника}, в некоторых воплощениях обеспечивает и потускнение СИДов, размещенных в нагрузочной ветви импульсной стабилизирующей схемы, и одновременное увеличение или уменьшение цветовой температуры комбинированного света, излучаемого из осветительного устройства, благодаря работе СИДов в ветви переключателя и неуправляемой ветви импульсной стабилизирующей схемы.

В частности, рассматривая вышеупомянутый пример, проиллюстрированный на фиг.4А, где СИД (СИДы), излучающий(е), по существу, белый свет, введен(ы) в нагрузочной ветви 160, СИД (СИДы) красного цвета введен(ы) в ветви 170 переключателя, а СИД (СИДы) синего цвета введен(ы) в неуправляемой ветви 180. Интерфейсу 610 пользователя можно придать конфигурацию, обеспечивающую коррекцию заданного значения (например, V_опорн) в схеме 130 управления с обратной связью таким образом, что коррекции, вносимые в заданное значение, приводят к уменьшению мощности, подводимой к СИДу (СИДам) в нагрузочной ветви, для уменьшения воспринимаемой яркости белого света, излучаемого СИДом (СИДами) в нагрузочной ветви (т.е. для получения потускнения). Аналогичным образом напряжение источника можно уменьшать, тем самым обеспечивая больший средний по времени ток возбуждения «I_перекл» для СИДов красного цвета в ветви переключателя и меньший средний по времени ток возбуждения, «I _неупр», для СИДов синего цвета в неуправляемой ветви. Результирующая комбинированная светоотдача может соответствовать, по существу, белому свету с цветовой температурой, соответствующей «более теплому» цвету, имеющей спектральные характеристики «более красноватых оттенков», когда вся яркость светоотдачи уменьшается. И наоборот, заданное значение можно корректировать посредством интерфейса 610 пользователя, увеличивая мощность, подводимую к СИДу (СИДам) в нагрузочной ветви, для увеличения интенсивности их света, а напряжение источника, V_{источника} , можно одновременно увеличивать таким образом, что комбинированная светоотдача осветительного устройства будет соответствовать белому свету, который воспринимается как обладающий цветовой температурой, соответствующей «более холодному» цвету, имеющему спектральные характеристики «синеватых оттенков». Схемы внутри интерфейса пользователя могут накладывать ограничения на ту степень, в которой можно корректировать заданное значение в схеме 130 управления с обратной связью и/или напряжение источника, для поддержания работы импульсной стабилизирующей схемы в непрерывном режиме. Эти концепции можно применить, воспользовавшись только одной красной или синей областью спектра, генерируемой одним или более СИДами (расположенными лишь в одной из ветви переключателя и неуправляемой ветви).

В некоторых вариантах осуществления, интерфейс 610 пользователя одного или более осветительных устройств, описываемых здесь, может дополнительно содержать адресуемый процессор для облегчения взаимосвязи одного или более осветительных устройств в сетевой конфигурации. В сетевом соединении, напряжением источника, V_{источника} (и - по выбору - опорным напряжением V _опорн), прикладываемым к осветительному устройству, можно управлять индивидуально в ответ на «адресуемую» команду освещения, предназначенную конкретно для заданного осветительного устройства. Такие команды освещения можно передавать по сети множеством способов, а в некоторых случаях они могут исходить от центрального контроллера для управления многочисленными такими осветительными устройствами, связанными в сеть. Более конкретно, в сетевой среде можно выдавать команды управления в ряд разных устройств, включающих в себя одно или более осветительных устройств, и команды управления могут включать в себя информацию, относящуюся к желаемым напряжениям источника (и/или опорным напряжениям) для каждого из адресуемых осветительных устройств. Процессор заданного устройства может идентифицировать конкретную информацию или конкретные данные, предназначенную или предназначенные для него, а также можно обрабатывать эту информацию или эти данные для соответственного управления напряжением источника (или - по выбору - опорным напряжением) осветительного устройства (например, посредством коррекции ЦАП как части интерфейса 610 пользователя). Следует понимать, что осветительные устройства, соответствующие различным вариантам осуществления данного изобретения и сконфигурированные с возможностью работы в сети, могут реагировать на любой из множества протоколов связи, включая - но не в ограничительном смысле - DMX, RS-232, XIO и DALI.

Хотя здесь описаны и проиллюстрированы несколько вариантов осуществления изобретения, обычные специалисты в данной области техники легко смогут предусмотреть множество других средств и/или конструкций для выполнения функций и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных здесь, и предполагается, что каждое из таких изменений и/или каждая из таких модификаций находится в рамках объема притязаний вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. Более обобщенно, специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и/или конфигурации, описанные здесь, являются возможными и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного приложения или конкретных приложений, для которых применяется или применяются положение или положения данного изобретения. Специалисты в данной области техники поймут или будут способны разработать с помощью не более чем самых обычных экспериментов многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления, описанных здесь. Рассуждая более обобщенно, специалисты в данной области техники поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, следует считать лишь примерами и что фактические параметры, размеры, материалы и конфигурации будут зависеть от конкретного приложения или конкретных приложений, для которых используется конкретное утверждение (используются конкретные утверждения) изобретения. Специалисты в данной области техники признают или смогут получить, воспользовавшись не более чем тривиальными экспериментами, многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. То есть должно быть очевидным, что вышеуказанные варианты осуществления представлены лишь в качестве примера и что в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты осуществления изобретения могут быть воплощены на практике не теми способами, которые конкретно описаны и заявлены. Различные варианты осуществления данного изобретения посвящены каждому отдельному признаку, каждой отдельной системе, каждому отдельному изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанным здесь. Кроме того, любая совокупность двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, находится в рамках объема притязаний данного изобретения.

Все охарактеризованные и употребляемые здесь определения следует понимать, руководствуясь словарными определениями, определениями, указанными в документах, приведенных для справок, и/или в обычном смысле определяемых терминов.

Если явно не указано противоположное, то признаки единственного числа существительных, употребляемые в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле «по меньшей мере, один (одна, одно)».

Выражение «и/или», употребляемое в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле «любой из или оба» применительно к элементам, объединяемых этим союзом, т.е. элементам, которые, будучи объединены союзом «и», присутствуют в некоторых случаях и, будучи разъединены союзом «или», присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с употреблением выражения «и/или», следует понимать одинаково, т.е. в смысле «любой из или оба» применительно к элементам, объединяемых этим словосочетанием. По выбору могут присутствовать и элементы, отличающиеся от тех, которые указаны посредством формулировки с выражением «и/или» как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера отметим, что указание «А и/или В», употребляемое совместно с формулировкой, допускающей изменения, такой, как «содержащие», может в одном варианте осуществления относиться только к А (с включением в список - по выбору - элементов, отличающихся от В), в другом варианте осуществления - только к В (с включением в список - по выбору - элементов, отличающихся от А), а в еще одном варианте осуществления - и к А, и к В (с включением в список - по выбору - других элементов), и т.д.

В том смысле, в каком он употребляется в описании и формуле изобретения, союз «или» следует понимать как имеющий тот же смысл, что и словосочетание «и/или», описанное выше. Например, при разделении терминов в списке, «или» либо «и/или» будет интерпретироваться во включительном смысле, т.е. как включение, по меньшей мере, одного, а также включение более чем одного, некоторого количества или списка элементов, а по выбору - и дополнительных элементов, не перечисленных в списке. Только термины, явно указывающие противоположное, такие как «только один из», «точно один из» или - при употреблении в формуле изобретения - «состоящий из», будут относиться к включению только одного элемента из некоторого количества или списка элементов. Вообще говоря, в том смысле, в каком он употребляется здесь, термин «или» будет интерпретироваться только как указывающий исключительные альтернативы (т.е. «тот или другой, но не оба»), когда ему предшествуют такие термины исключительности, как «любой из», «один из», «только один из» или «точно один из».

В том смысле, в каком оно употребляется в описании и формуле изобретения, выражение «по меньшей мере, один» применительно к списку из одного или более элементов следует понимать как означающее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого или любых элементов в списке элементов, но не обязательно включающее в себя, по меньшей мере, один из каждого и всякого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов. Это определение также допускает ситуацию, в которой - по выбору - могут присутствовать элементы, отличающиеся от тех элементов, конкретно указанных в пределах списка элементов, к которому относится выражение «по меньшей мере, один», как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера отметим, что указание «по меньшей мере, один из А и В» (либо эквивалентное «по меньшей мере, один из А или В», либо эквивалентное «по меньшей мере, один из А и/или В») может в одном варианте осуществления относиться, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного А при отсутствии В (и - по выбору - включая в себя элементы, отличающиеся от В), в другом варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, В при отсутствии А (и - по выбору - включая в себя элементы, отличающиеся от А), а в еще одном варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, А и, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, В (и - по выбору - включая в себя другие элементы), и т.д.

Следует также понять, что если ясно не указано противоположное, то в любых способах, заявляемых здесь, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничивается тем порядком, в котором этапы или действия способа представлены.

В формуле изобретения, а также в вышеизложенном описании, все переходные выражения, такие как «содержащий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «вмещающий», «предусматривающий», «заключающий в себе», «объединяющий в себе» и т.п., следует понимать как допускающие изменения (открытые формулировки), т.е. означающие включение, но не в ограничительном смысле. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий, по существу из» следует понимать как формулировки, не допускающие изменения (закрытые формулировки), или полузакрытые переходные формулировки, соответственно.