Способ управления излучением светодиодной матрицы и устройство для его осуществления

Способ управления излучением светодиодной матрицы и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам для питания источников света, не отнесенным к другим подклассам, и может быть использовано в визуальных системах отображения информации, в частности в рекламных щитах для показа статических или движущихся изображений.

Известны устройства для отображения информации (телевизоры или мониторы компьютеров), содержащие электронно-лучевые трубки, у которых изображение на экране формируется за счет отклонения пучка электронов электрическим или магнитным полем (Донченко А.Л. Ремонт зарубежных мониторов: Книга 2. - М.: "СОЛОН-Р", 2000. - С.115, схема TNPA0917X). Недостатком этого устройства является сложность и высокая стоимость, а также невысокая яркость изображения, не позволяющая использовать его для установки на открытом воздухе, например, для рекламных целей.

Более эффективными являются устройства отображения информации, выполненные на светодиодах (Быстров Ю.А. Оптоэлектронные приборы и устройства: Учебн. пособие. - М.: ИП РадиоСофт, 2001. - С.113, рис.4.1). Недостатком подобных устройств является их сложность и высокая стоимость, так как для управления каждым из светодиодов требуется иметь специальный отдельный ключ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство с использованием светодиодной матрицы, состоящей из MxN светодиодов, управление которой осуществляется меньшим количеством первых М и вторых N ключей (Применение оптоэлектронных приборов: Пер. с англ./С.Гейг, Д.Эванс, М.Ходдап, Х.Соренсен. - М.: Радио и связь, 1981. - С.63, рис.2.37).

Недостатком этого устройства является значительная потребляемая мощность, так как для формирования требуемой величины электрического тока через единичные светодиоды матрицы используются активные резисторы, рассеивающие бесполезную мощность потерь. Это препятствует применению подобного устройства при больших площадях отображаемой информации, когда количество используемых светодиодов велико.

Целью изобретения является снижение мощности, потребляемой устройством.

Указанная цель достигается тем, что формирование токов через светодиоды осуществляется путем введения дополнительных операций, осуществляющих измененный временной порядок включения и выключения первых М и вторых N ключей, а в устройство для осуществления способа управления излучением светодиодной матрицы введены N трансформаторов.

Сущность изобретения по способу управления излучением светодиодной матрицы заключается в том, что при выключенном состоянии i-го из первых М ключей включают k-ый из вторых N ключей, выполняют накопление энергии электрического тока в индуктивности намагничивания k-го из N введенных трансформаторов, далее k-ый из вторых N ключей выключают, включают i-ый из первых М ключей, передают энергию накопленного в индуктивности намагничивания k-го трансформатора электрического тока на k.i-ый светодиод светодиодной матрицы, и после полного разряда индуктивности намагничивания k-го из N трансформаторов и прекращения электрического тока через k.i-ый светодиод светодиодной матрицы выключают i-ый из первых М ключей, причем длительность включенного состояния i-го из первых М ключей должна превышать длительность разряда энергии электрического тока k-го трансформатора, а длительность включенного состояния k-го из вторых N ключей изменяют в соответствии с требуемой яркостью свечения k.i-го светодиода светодиодной матрицы.

По устройству для осуществления способа сущность изобретения заключается в том, что начала первичных обмоток подключены к потенциальному полюсу источника электропитания, а концы через силовые электроды ключей соединены с началами вторичных обмоток трансформаторов и с общим полюсом устройства, причем концы вторичных обмоток N трансформаторов подключены к точкам соединения анодов 1.i,...k.i,...N.i групп светодиодов светодиодной матрицы соответственно.

На фиг.1 приведены временные диаграммы процессов формирования импульсов для работы ключей и процессов накопления и разряда энергии электрического тока в индуктивности намагничивания трансформатора для случая излучения одного светодиода светодиодной матрицы. На фиг.2 показана схема устройства для осуществления способа управления излучением светодиодной матрицы.

Устройство для осуществления способа управления излучением светодиодной матрицы, условно показанное для светодиодной матрицы размером 3×3, содержит первые 1.1,...1.i,...1.М и вторые 2.1,...1.k,...2.N ключи, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления 3. Начала первичных обмоток 4 трансформаторов 5.1,...5.k,...5.N соединены с потенциальным полюсом 6 источника электропитания, а концы через силовые электроды соответствующих ключей 2.1,...1.k,...2.N подключены к общему полюсу 7 устройства и к началам вторичных обмоток 8 этих же трансформаторов. Катоды светодиодов 9.(1.i),...9.(k.i),...9.(N,i) одной группы светодиодной матрицы объединены и подключены через силовые электроды первого ключа 1.1 к общему полюсу 7 устройства, который через силовые электроды ключа 1.i соединен с катодами светодиодов 9.(1.i),...9.(k.i),...9.(N,i) другой светодиодной группы, и через силовые электроды ключа 1.М - с катодами светодиодов следующей светодиодной группы 9.(1.M),...9.(k.M),...9.(N.M). Аноды светодиодов 9.(1.1),...9.(1.i),...9.(1.M) другой светодиодной группы подключены к концу вторичной обмотки 8 трансформатора 5.1. Аноды светодиодов 9.(k.1),...9.(k.i),...9.(k.M) следующей светодиодной группы соединены с концом вторичной обмотки 8 трансформатора 5.k, а аноды светодиодов 9.(N.1),...9.(N,i),...9.(N.M) - с концом вторичной обмотки 8 трансформатора 5.N.

На временных диаграммах фиг.1 обозначения соответствуют: 10 - форма сигнала на управляющем входе ключа 2.k; 11 - форма импульсов тока, протекающего в первичной обмотке 4 трансформатора 5.k; 12 - форма сигнала на управляющем входе ключа 1.i; 13 - форма импульсов тока, протекающего во вторичной обмотке 8 трансформатора 5.k.

Управление излучением происходит следующим образом. Рассмотрим в качестве примера процессы управления излучением одного светодиода 9.(k.i) по временной диаграмме фиг.1.

При отсутствии импульсов на управляющих входах ключей 2.k и 1.i они закрыты. Вследствие этого ток в первичной обмотке 4 трансформатора 5.k отсутствует, ток через светодиод 9.(k.i) не протекает и он не излучает света.

С появлением управляющего сигнала длительностью t_нак, показанного на эпюре 10, включается ключ 2.k, что приводит к появлению тока в первичной обмотке 4 трансформатора 5.k (эпюра 11). Так как включение обмоток 4 и 8 этого трансформатора имеет встречный характер и, кроме того, ключ 1.i закрыт, то на этапе времени t_нак ток во вторичной обмотке 8 трансформатора 5.k будет равен нулю. Это эквивалентно отключению этой обмотки от выходной цепи. Происходит накопление энергии электрического тока в индуктивности намагничивания трансформатора 5.k. Закон нарастания тока в первичной обмотке 4 линеен и к концу интервала времени t_нак он достигнет значения I_{к макс}.

По окончании интервала времени t_нак управляющий сигнал на входе ключа 1.k заканчивается (эпюра 10) и он выключается, вследствие чего прекращается ток через первичную обмотку 4 трансформатора 5.k (эпюра 11). Одновременно с этим появляется сигнал на управляющем входе ключа 1.i (эпюра 12), что вызывает его включение. Энергия, накопленная в магнитном поле индуктивности намагничивания трансформатора 5.k, преобразуется в электрический ток разряда. Появляется ток вторичной обмотки 4 этого трансформатора, который, протекая через светодиод 9.(k.i), вызывает его свечение. Амплитуда импульса тока разряда равна I_{св макс}, а длительность разряда индуктивности намагничивания трансформатора 5.k равна t_разр (эпюра 13).

Среднее значение тока I_{св ср} (эпюра 13) вторичной обмотки 8 трансформатора 5.k определяет яркость свечения светодиода 9.(k.i). Однако величина амплитуды импульса тока I_{св ср} зависит от значения амплитуды импульса тока I_{св макс}, которая, в свою очередь, определяется амплитудой импульса I_{к макс} первичной обмотки 4 трансформатора 5.k и линейно зависит от длительности импульса t_нак. Следовательно, яркость свечения светодиода 9.(k.i) можно изменять в требуемых пределах путем изменения длительности интервала времени t_нак, задаваемого схемой управления 3.

Для обеспечения нормальной работы устройства необходимо, чтобы выполнялось неравенство: t_имп>t_разр (эпюры 12 и 13), то есть, чтобы ключ 1.i выключался только после полного разряда индуктивности вторичной обмотки 8 трансформатора 5.k. Это относится и к работе устройства в режиме регулируемой (изменяемой) яркости свечения светодиодов.

Аналогичные процессы происходят и при включении (свечения) другого светодиода схемы фиг.2, в том числе и в режиме изменяемой яркости.

Рассмотренные процессы работы устройства могут быть распространены и на случай одновременного свечения нескольких светодиодов. Тогда одновременность их свечения может быть реализована при помощи одновременного включения нескольких первых и вторых ключей, в том числе и при соответствующей временной организации следования выходных импульсов схемы управления 3, когда в течение периода работы схемы импульсы управления первыми и вторыми ключами распределены и не совпадают во времени друг с другом. Второй способ более предпочтителен, так как он обладает большими функциональными возможностями применения.

Таким образом, в изобретении обеспечивается исключение активных резисторов из схемы и процессов работы устройства, а формирование требуемых величин токов через светодиоды реализуется при помощи индуктивных элементов, потери мощности в которых незначительны.

Следовательно, в предложенном техническом решении потребляемая мощность снижена.

1. Способ управления излучением светодиодной матрицы, состоящей из MxN светодиодов, управляемых М первыми и N вторыми ключами, заключающийся в формировании импульсов тока через светодиоды светодиодной матрицы, отличающийся тем, что при выключенном состоянии i-го из первых М ключей включают k-й из вторых N ключей, выполняют накопление энергии электрического тока в индуктивности намагничивания k-го из N введенных трансформаторов, далее k-й из вторых N ключей выключают, включают i-й из первых М ключей, передают энергию накопленного в индуктивности намагничивания k-го трансформатора электрического тока на k.i-й светодиод светодиодной матрицы, и после полного разряда индуктивности намагничивания k-го из N трансформаторов и прекращения электрического тока через k.i-й светодиод светодиодной матрицы выключают i-й из первых М ключей, причем длительность включенного состояния i-го из первых М ключей должна превышать длительность разряда энергии электрического тока k-го трансформатора, а длительность включенного состояния k-го из вторых N ключей изменяют в соответствии с требуемой яркостью свечения k.i-го светодиода светодиодной матрицы.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее М первых и N вторых ключей, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления, а также светодиодную матрицу, состоящую из MxN светодиодов, у которых катоды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы, состоящих из l.i,...k.i,...N.i светодиодов, соединены через соответствующие силовые электроды М ключей с общим полюсом устройства, причем аноды светодиодов l.i,...k.i,...N.i каждой из групп светодиодной матрицы соединены между собой, отличающееся тем, что в него введены N трансформаторов, начала первичных обмоток которых подключены к потенциальному полюсу источника электропитания, а концы через силовые электроды ключей соединены с началами вторичных обмоток трансформаторов и с общим полюсом устройства, причем концы вторичных обмоток N трансформаторов подключены к точкам соединения анодов l.i,...k.i,...N.i групп светодиодов светодиодной матрицы соответственно.