Способы и устройства для управления соответствующими токами нагрузки нескольких последовательно соединенных нагрузок

Способы и устройства для управления соответствующими токами нагрузки нескольких последовательно соединенных нагрузок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к области электротехники и в частности к способам и устройствам для управления токами нагрузки нескольких соединенных последовательно нагрузок.

По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент US 60/978612 "Integrated LED-Based Luminaire for General Lighting", поданной 9 октября 2007 года.

Изобретение осуществлено при поддержке правительства США по гранту DE-DE-FC26-06NT42932, выданному Министерством энергетики США.

Предшествующий уровень техники

Недавно была получена возможность использования в твердотельном освещении соединенные последовательно нагрузок, т.е. множества электропроводящих устройств, подключенных так, чтобы принимать электрический ток последовательно. Светоизлучающие диоды (светодиоды) являются полупроводниковыми источниками света, зачастую используемыми в вариантах применения измерительной аппаратуры и приборов с низким уровнем мощности для индикации. Светодиоды традиционно являются доступными во множестве цветов (например, красный цвет, зеленый цвет, желтый цвет, синий цвет, белый цвет) в зависимости от типов веществ, используемых при их изготовлении. Это цветовое разнообразие светодиодов, наряду с успехами в исследованиях и усовершенствованиями светового потока светоизлучающих устройств, в последнее время применяется при создании новых светодиодных источников света, имеющих достаточную световую выходную мощность для новых вариантов применения для освещения пространства.

Например, в патенте US 6777891 рассматривается компоновка множества светодиодных осветительных модулей как "гирлянда" с компьютерным управлением, в которой каждый осветительный модуль составляет отдельно управляемый "узел" гирлянды. Варианты применения, подходящие для таких гирлянд, включают в себя варианты применения освещения для декорирования и развлекательных мероприятий (например, освещение рождественской елки, подсветка дисплея, освещение парка отдыха, освещение видео- и других игровых автоматов и т.д.). Через компьютерное управление одна или более таких гирлянд предоставляют многообразие сложных временных и световых эффектов с изменением цвета. Во многих реализациях, данные по освещению передаются на один или более узлов данной гирлянды последовательным образом, согласно многообразию различных схем передачи и обработки данных, тогда как мощность предоставляется параллельно в соответствующие осветительные модули цепочки (например, от источника выпрямленного высокого напряжения, в некоторых случаях с существенным пульсирующим напряжением).

Рабочее напряжение, требуемое для каждого осветительного модуля (а также цепочки, вследствие параллельного соединения питания осветительных модулей), типично связано с прямым напряжением светодиодов в каждом осветительном модуле (например, около 2-3,5 В в зависимости от типа/цвета светодиода), тем, сколько светодиодов используется для каждого "цветового канала" осветительного модуля и как они соединены, и как соответствующие цветовые каналы организованы, чтобы принимать мощность от источника питания. Например, рабочее напряжение для осветительного модуля, имеющего параллельную компоновку соответствующих цветовых каналов, чтобы принимать мощность, где каждый канал включает в себя один светодиод, имеющий прямое напряжение порядка 3 В, и соответствующую схему, чтобы предоставлять ток в канал, может составлять порядка 4-5 В, которое прикладывается параллельно ко всем каналам, чтобы снабжать один светодиод и токовую схему в каждом канале. Соответственно, во многих вариантах применения, некоторый тип устройства преобразования напряжения желателен, чтобы обеспечивать, в общем, более низкое рабочее напряжение в один или более светодиодных осветительных модулей в сравнении с обычно доступными напряжениями питания с большей мощностью (например, 12 VDC, 15 VDC, 24 VDC, выпрямленное напряжение сети и т.д.).

Одним из препятствий для широкого применения низковольтных светодиодов и низковольтных светодиодных осветительных модулей в качестве источников света в вариантах применения, в которых, в общем, напряжения питания с большей мощностью легкодоступны, является необходимость преобразовывать энергию от одного напряжения к другому, что, во многих случаях, приводит к неэффективности преобразования и потерянной энергии. Кроме того, преобразование энергии типично заключает в себе компоненты управления мощностью типа и размера, которые, в общем, препятствуют интеграции. Традиционно, светодиоды предоставляются как комплекты одиночных светодиодов или несколько светодиодов, подключенных последовательно или параллельно в одном пакете. Один существенный барьер для интеграции светодиодов и схемы преобразования мощности связан с типом и размером компонентов управления мощностью, требуемых для того, чтобы преобразовывать энергию к относительно более низким уровням напряжения, типично требуемым для того, чтобы приводить в действие светодиоды.

В связи с вышеизложенным, другие последние варианты применения, заключающие в себе светодиоды, как пояснено, например, в публикации заявки на патент US 2008/0122376 A1, направлены на последовательное соединение нескольких светодиодов, чтобы разрешать использование рабочего напряжения, которое значительно превышает типичные прямые напряжения светодиодов и также обеспечивает работу нескольких светодиодов или светодиодных осветительных модулей без необходимости трансформатора между источником мощности (например, мощности питающей сети или напряжением сети, таким как 120 VAC или 240 VAC) и нагрузками (т.е. несколько соединенных последовательно нагрузок могут функционировать "непосредственно" от напряжения сети).

Краткое изложение существа изобретения

Было обнаружено, что управление несколькими соединенными последовательно нагрузками, такими как светодиодные источники света, предоставляет ряд вариантов применения освещения, в которых очень эффективные и приспосабливаемые источники питания могут быть интегрированы с источниками света в осветительном приборе, сконфигурированном для обеспечения многоцветного или по существу белого света. Было также обнаружено, что конкретные аспекты управления, в частности, управление током соответствующих нескольких соединенных последовательно нагрузок, могут улучшать различные рабочие характеристики таких осветительных приборов и, в частности, компенсацию дрейфа цвета или цветовой температуры формируемого света как функцию от тепловых переходных процессов.

Соответственно, один аспект настоящего изобретения направлен на устройство освещения, включающее в себя, по меньшей мере, один первый светодиод для формирования первого излучения, имеющего первый спектр, и, по меньшей мере, один второй светодиод для формирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра. По меньшей мере, один первый светодиод и, по меньшей мере, один второй светодиод электрически подключены последовательно между первым узлом и вторым узлом. Ток последовательности протекает между первым узлом и вторым узлом, когда рабочее напряжение прикладывается к первому узлу и второму узлу. Импульсный источник питания обеспечивает коррекцию коэффициента мощности и рабочее напряжение. Импульсный источник питания управляет, по меньшей мере, одним управляемым путем протекания тока, подключенным параллельно с одним, по меньшей мере, из одного первого светодиода и, по меньшей мере, одного второго светодиода, чтобы, по меньшей мере, частично отводить ток последовательности около одного, по меньшей мере, из одного первого светодиода и, по меньшей мере, одного второго светодиода таким образом, что первый ток, по меньшей мере, через один первый светодиод и второй ток, по меньшей мере, через один второй светодиод являются различными.

Другой аспект настоящего изобретения направлен на способ для управления цветовой температурой белого света, формируемого посредством светодиодного устройства освещения в течение теплового переходного процесса. Светодиодное устройство освещения включает в себя, по меньшей мере, один первый светодиод для формирования первого излучения, имеющего первый спектр, и, по меньшей мере, один второй светодиод для формирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра, причем белый свет является результатом смешения первого излучения и второго излучения. По меньшей мере, один первый светодиод и, по меньшей мере, один второй светодиод электрически подключены последовательно между первым узлом и вторым узлом, и ток последовательности протекает между первым узлом и вторым узлом, когда рабочее напряжение приложено к первому узлу и второму узлу. Способ включает в себя этапы формирования сигнала температуры, представляющего температуру рядом, по меньшей мере, с одним первым светодиодом и, по меньшей мере, одним вторым светодиодом; и управления, на основе сигнала температуры, по меньшей мере, одним управляемым током, подключенным параллельно с одним из, по меньшей мере, одного первого светодиода и, по меньшей мере, одного второго светодиода, чтобы, по меньшей мере, частично отводить ток последовательности около одного из, по меньшей мере, одного первого светодиода и, по меньшей мере, одного второго светодиода таким образом, что первый ток, по меньшей мере, через один первый светодиод и второй ток, по меньшей мере, через один второй светодиод являются различными.

Другой аспект настоящего изобретения направлен на устройство для управления цветовой температурой белого света, формируемого посредством светодиодного источника света в течение теплового переходного процесса. Светодиодный источник света устанавливается на теплопроводящей подложке, и теплопроводящая подложка имеет выемку, сформированную рядом со светодиодным источником света. Устройство включает в себя печатную плату, имеющую контактный вывод для вставки в выемку, сформированную в теплопроводящей подложке. Устройство дополнительно содержит датчик температуры, расположенный на контактном выводе печатной платы таким образом, что, когда печатная плата вставлена в выемку, сформированную в теплопроводящей подложке, датчик температуры по существу становится встроенным в теплопроводящую подложку рядом со светодиодным источником света. Устройство дополнительно содержит множество компонентов, расположенных на печатной плате и составляющих импульсный источник питания для обеспечения коррекции коэффициента мощности и рабочего напряжения для светодиодного источника света, причем импульсный источник питания содержит, по меньшей мере, один контроллер на интегральной схеме (IC).

Под термином "светодиод" должен пониматься как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции/перехода носителей, которая допускает формирование излучения в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин "светодиод" включает в себя, но не ограничиваясь этим, различные полупроводниковые структуры, которые испускают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные гирлянды и т.п.

В частности, термин "светодиод" упоминается как светоизлучающие диоды всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконфигурированы для формирования излучения в одном или более из спектра инфракрасного излучения, спектра ультрафиолетового излучения и различных участков видимого спектра (в общем, включающих в себя длины волны излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но не ограничиваясь этим, различные типы инфракрасных светодиодов, ультрафиолетовых светодиодов, красных светодиодов, синих светодиодов, зеленых светодиодов, желтых светодиодов, янтарных светодиодов, оранжевых светодиодов и белых светодиодов (поясненных дополнительно ниже). Также следует принимать во внимание, что светодиоды могут конфигурироваться и/или управляться так, чтобы формировать излучение, имеющее различные полосы пропускания (например, полную ширину на уровне полумаксимума, или FWHM) для данного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания) и множество доминирующих длин волны в рамках данной общей классификации цветов.

Под термин "спектр" следует понимать любую одну или более частот (или длин волны) излучения, формируемого посредством одного или более источников света. Соответственно, термин "спектр" означает частоты (или длины волны) не только в видимом диапазоне, но также и частоты (или длины волны) в инфракрасном, ультрафиолетовом и других областях полного электромагнитного спектра. Кроме того, данный спектр может иметь относительно узкую полосу пропускания (например, FWHM, имеющую в своей основе небольшое количество частотных или спектральных компонентов) или относительно широкую полосу пропускания (несколько частотных или спектральных компонентов, имеющих различную относительную интенсивность). Также следует принимать во внимание, что данный спектр может быть результатом смешения двух или более других спектров (например, смешение излучения, соответственно, испускаемого из нескольких источников света). Для целей раскрытия термин "цвет" используется взаимозаменяемо с термином "спектр". Тем не менее, термин "цвет", в общем, используется для того, чтобы означать главным образом свойство излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя это применение не должно ограничивать объем данного термина). Соответственно, термин "различные цвета" неявно означает несколько спектров, имеющих различные компоненты длины волны и/или полосы пропускания. Также следует принимать во внимание, что термин "цвет" может быть использован в связи и с белым и с небелым светом.

Термин "цветовая температура", в общем, используется в данном документе в связи с белым светом, хотя это применение не имеет намерения ограничивать объем данного термина. Цветовая температура по существу означает конкретное цветовое содержимое или оттенок (например, красноватый, синеватый) белого света. Цветовая температура данной выборки излучения традиционно характеризуется в соответствие с температурой в градусах Кельвина (K) абсолютно черного излучателя, который излучает в своей основе такой же спектр, как и рассматриваемая выборка излучения. Цветовые температуры абсолютно черного излучателя, в общем, находятся в диапазоне приблизительно от 700 K (типично считается первой видимой для человеческого глаза) до более чем 10000 K; белый свет, в общем, воспринимается при цветовых температурах выше 1500-2000 K.

Более низкие цветовые температуры, в общем, указывают белый свет, имеющий более существенный красный компонент, или "более теплое ощущение", тогда как более высокие цветовые температуры, в общем, указывают белый свет, имеющий более существенный синий компонент, или "более холодное ощущение". В качестве примера, огонь имеет цветовую температуру около 1800 K, традиционная лампа накаливания имеет цветовую температуру около 2848 K, дневной свет рано утром имеет цветовую температуру около 3000 K, а пасмурное небо в полдень имеет цветовую температуру около 10000 K. Цветное изображение, просматриваемое под белым светом, имеющим цветовую температуру около 3000 K, содержит относительно красноватый оттенок, тогда как тоже цветное изображение, просматриваемое под белым светом, имеющим цветовую температуру около 10000 K, содержит относительно синеватый оттенок.

Термин "контроллер" используется в данном документе, чтобы описывать различные устройства, связанные с работой одного или более источников света. Контроллер может быть реализован множеством способов (например, c помощью специализированных аппаратных средств), чтобы выполнять различные функции, поясненные в данном документе. "Процессор" - это один пример контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут программироваться с использованием программного обеспечения (например, микрокода), чтобы выполнять различные функции, поясненные в данном документе. Контроллер может быть реализован с применением или без применения процессора, а также может быть реализован как комбинация специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций, и процессора (например, одного или более программируемых микропроцессоров и ассоциированных схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут использоваться в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия сущности, включают в себя, но не ограничиваясь этим, традиционные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

В различных реализациях процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителей хранения данных (в общем упоминаемых в данном документе как "запоминающее устройство", например, энергозависимое и энергонезависимое компьютерное запоминающее устройство, такое как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, гибкие диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых реализациях, носители хранения данных могут быть закодированы с помощью одной или более программ, которые при выполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах, осуществляют, по меньшей мере, некоторые из функций, поясненных в данном документе. Различные носители хранения данных могут быть стационарными в процессоре или контроллере или могут быть переносными, так что одна или более программ, сохраненных на них, могут быть загружены в процессор или контроллер, чтобы реализовывать различные аспекты настоящего изобретения, поясненные в данном документе. Термины "программа" или "компьютерная программа" используются в общем смысле, чтобы означать любой тип машинного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может использоваться для программирования одного или более процессоров или контроллеров.

Следует принимать во внимание, что все комбинации вышеприведенных концепций и дополнительных концепций, подробнее поясненных ниже (если такие концепции не являются взаимно исключающими), считаются частью предмета изобретения, раскрытого в данном документе. Также следует принимать во внимание, что термины, используемые в данном описании, которые также могут использоваться при раскрытии сущности изобретения, должны соответствовать значению, наиболее согласующемуся с принятыми в данной области.

Краткое описание чертежей

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

Фиг. 1 изображает обобщенную блок-схему различных электрических компонентов источника питания для нескольких соединенных последовательно нагрузок, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 - принципиальная схема каскада коррекции коэффициента мощности источника питания, показанного на фиг. 1, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - принципиальная схема каскада коррекции коэффициента мощности источника питания, показанного на фиг. 1, вместе с контроллером, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - принципиальная схема каскада управления нагрузкой источника питания, показанного на фиг. 1, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 - принципиальная схема каскада управления нагрузкой источника питания, показанного на фиг. 1, вместе с контроллером, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 - блок-схема последовательности операций, показывающая способ температурной компенсации, реализованный посредством контроллера по фиг. 5 для управления каскадом управления нагрузкой, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 - две диаграммы цветовой температуры формируемого света в зависимости от времени на основе способа температурной компенсации на фиг. 6, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8 - примерная конфигурация печатной платы, на которой расположен источник питания по фиг. 1, и присоединение печатной платы к подложке, содержащей светодиодные нагрузки, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На Фиг. 1 показана блок-схема, иллюстрирующая электрические компоненты устройства 100 для управления соответствующими токами нагрузки нескольких соединенных последовательно нагрузок, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В одной примерной реализации, поясненной подробно в данном документе, устройство может быть осветительным прибором, содержащим несколько соединенных последовательно светодиодных нагрузок для обеспечения многоцветного и/или белого света, имеющего многообразие цветов и/или коррелированных цветовых температур. Следует принимать во внимание, что, в общем, устройство согласно одному варианту осуществления изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 1, не ограничено в этом отношении, и предполагаются различные типы нагрузок и различные типы вариантов применения (в некоторых случаях не обязательно связанные с освещением). Также следует принимать во внимание, что некоторые из электрических компонентов, проиллюстрированных на фиг. 1, являются опционными, и что не все компоненты должны обязательно присутствовать в различных вариантах осуществления способов и устройств согласно настоящему описанию.

Как показано на фиг. 1, устройство 100 в виде осветительного прибора содержит несколько светодиодных источников света и включает в себя источник питания и электронные схемы 414 управления, которые принимают входное напряжение 514 переменного тока и обеспечивают рабочее напряжение 516 для светодиодных источников света. На фиг. 1 показаны два различных типа светодиодных источников света, составляющих несколько соединенных последовательно нагрузок, а именно, один или более первых светодиодов 202 для формирования первого излучения 503, имеющего первый спектр, и один или более вторых светодиодов 204 для формирования второго излучения 505, имеющего второй спектр, отличный от первого спектра (для простоты на фиг. 1, один или более первых светодиодов показаны в блоке, помеченном L1, а один или более вторых светодиодов показаны в блоке, помеченном L2).

В одной неограничивающей примерной реализации, первый светодиод(ы) 202 может включать в себя один или более красных светодиодов для формирования первого спектра излучения, включающего в себя, по существу, монохроматический красный свет, а второй светодиод(ы) может включать в себя один или более белых светодиодов (например, синий светодиод, облучающий люминофор) для формирования второго спектра излучения, включающего в себя относительно широкополосный белый свет. Свет, формируемый посредством осветительного прибора, является результатом смешения первого излучения 503 и второго излучения 505, когда оба присутствуют. В одном конкретном примере, в осветительном приборе относительно меньшее число красных светодиодов (например, шесть) используется с относительно большим числом белых светодиодов (например, двадцать), чтобы обеспечивать конкретную коррелированную цветовую температуру белого света (например, около 2800-3000 К) и относительно высокий индекс цветопередачи (например, CRI около 85-90).

На фиг. 1, первый светодиод(ы) 202 и второй светодиод(ы) 204 электрически подключены последовательно между первым узлом 516A и вторым узлом 516B. Когда источник 414 питания обеспечивает рабочее напряжение 516, ток 550 последовательности (I_L) протекает между первым узлом и вторым узлом.

Как показано на фиг. 1, источник питания и электронные схемы 414 управления (в дальнейшем "источник питания") могут быть многоступенчатым импульсным источником питания для обеспечения как коррекции коэффициента мощности, так и рабочего напряжения 516. Более конкретно, источник 414 питания может включать в себя каскад 502 коррекции коэффициента мощности для приема входного напряжения 514 переменного тока через мостовой выпрямитель 506 и обеспечения коррекции коэффициента мощности и рабочего напряжения 516. Вследствие сильной коррекции коэффициента мощности, обеспеченной посредством каскада 502 коррекции коэффициента мощности, осветительный прибор/устройство 100 считается, по существу, резистивным элементом для приложенного входного напряжения 514.

Источник 414 питания также может включать в себя каскад 504 управления нагрузкой, чтобы управлять потоком тока 550 последовательности между узлами 516A и 516B. В частности, каскад 504 управления нагрузкой включает в себя управляемый путь 518 протекания тока (включающий в себя переключатель 560), соединенный с узлом 520 между первым светодиодом(ами) 202 и вторым светодиодом(ами) 204 и подключенный параллельно со вторым светодиодом(ами) 204, чтобы, по меньшей мере, частично отводить ток 550 последовательности около второго светодиода(ов) 204. В одном аспекте, путь 518 тока может управляться таким образом, что первый ток 552 (I₁) через первый светодиод(ы) и второй ток 554 (I₂) через второй светодиод(ы) являются различными. Такое управление соответствующими токами I₁ и I₂ через первый светодиод(ы) и второй светодиод(ы) упрощает задание и регулирование цвета или цветовой температуры света, формируемого посредством осветительного прибора. В одном аспекте примерной реализации, поясненной подробно ниже, часть второго тока, которая отводится от второго светодиода(ов), может быть "повторно использована" и добавлена к первому току.

Хотя фиг. 1 конкретно иллюстрирует управляемый путь 518 тока каскада 504 управления нагрузкой параллельно со вторым светодиодом(ами), тем не менее, следует принимать во внимание, что один или более управляемых путей тока могут использоваться в каскаде 504 управления нагрузкой, параллельно одному или обоим из первого светодиода(ов) 202 и второго светодиода(ов) 204, для отведения, по меньшей мере, части тока 550 последовательности около одного или обоих из первого светодиода(ов) и второго светодиода(ов). Как показано на фиг. 1, каскад 504 управления нагрузкой может принимать от каскада 502 коррекции коэффициента мощности напряжение 517, отличное от рабочего напряжения 516, для упрощения управления переключателем 560 в управляемом пути 518 протекания тока, а также другими компонентами в каскаде 504 управления нагрузкой, как пояснено дополнительно ниже.

В другом варианте осуществления, также показанном на фиг. 1, устройство/осветительный прибор 100 дополнительно может включать в себя один или более датчиков 416 температуры (TS), расположенных рядом и поддерживающих тепловую связь с первым светодиодом(ами) 202 и вторым светодиодом(ами) 204. Дополнительно, источник 414 питания может включать в себя контроллер 510, связанный, по меньшей мере, с каскадом 504 управления нагрузкой, для приема сигнала 526 температуры обеспечиваемого посредством датчика(ов) 416 температуры. Как также показано на фиг. 1, контроллер 510 может принимать один или более внешних сигналов 524 вместо или в дополнение к сигналу 526 температуры. В одном аспекте, контроллер 510 предоставляет управляющий сигнал 522 в каскад 504 управления нагрузкой для управления управляемым путем 518 протекания тока (т.е. управления переключателем 560), по меньшей мере, частично на основе сигнала 526 температуры и/или внешнего сигнала 524. Таким образом, управление одним или обоими из первого тока 552 (через первый светодиод(ы) 202) и второго тока 554 (через второй светодиод(ы) 204) может зависеть от изменений температуры во времени около светодиодных источников (через сигнал 526 температуры) и/или любого числа внешних параметров (через внешний сигнал 524). Как подробнее поясняется ниже со ссылкой на фиг. 5, способность варьировать один или оба из первого и второго токов как функцию от температуры светодиода значительно уменьшает нежелательные изменения цвета или цветовой температуры света, обеспечиваемого осветительным прибором в течение тепловых переходных процессов (например, по мере того как светодиоды прогреваются в течение некоторого периода времени до теплового установившегося режима после включения осветительного прибора).

В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, источник 414 питания может включать в себя второй контроллер 508, соединенный с каскадом 502 коррекции коэффициента мощности. Контроллер 508 предоставляет управляющий сигнал 532 в каскад 502 коррекции коэффициента мощности, чтобы управлять рабочим напряжением 516 и/или мощностью, обеспечиваемой посредством каскада коррекции коэффициента мощности, на основе любых из множества параметров. С этой целью, контроллер 508 может принимать в качестве входных сигналов первый сигнал 528, представляющий, по меньшей мере, одно из напряжения или тока, ассоциированного с каскадом 502 коррекции коэффициента мощности, второй сигнал 534, представляющий частоту входного напряжения 514 переменного тока, или внешний сигнал 530. В частности, внутренняя синхронизация контроллера 508 может быть "линейно управляемой" посредством второго сигнала 534 (предоставляющего точные временные признаки с помощью использования опорного линейного напряжения переменного тока на 60 Гц или на 50 Гц).

Следует принимать во внимание, что хотя как контроллер 508, связанный с каскадом 502 коррекции коэффициента мощности, так и контроллер 510, связанный с каскадом 504 управления нагрузкой, показаны в источнике 414 питания по фиг. 1, один или оба из контроллеров 508 и 510 представляют собой опционные признаки, которые не обязательно должны присутствовать в различных реализациях устройства/осветительного прибора 100 согласно настоящему описанию. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, один контроллер может использоваться для того, чтобы обеспечивать один или более управляющих сигналов как в каскад 502 коррекции коэффициента мощности, так и в каскад 504 управления нагрузкой, чтобы реализовывать различные функции, поясненные в данном описании в связи с этими соответствующими каскадами.

На Фиг. 2 показана принципиальная схема, иллюстрирующая элементы каскада 502 коррекции коэффициента мощности источника 414 питания, показанного на фиг. 1, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Общая архитектура схемы, показанной на фиг. 2, основана на контроллере 602 (U1) коррекции коэффициента мощности на интегральной схеме, и различные схемы на основе этой общей архитектуры пояснены подробно в заявке US 12/113320 от 1 мая 2008 года "High Power Factor LED-based Lighting Apparatus and Methods".

Более конкретно, каскад 502 коррекции коэффициента мощности использует контроллер 602 коррекции коэффициента мощности, проиллюстрированный посредством контроллера ST Microelectronics L6562. В некоторых традиционных вариантах применения, контроллер L6562 и связанный контроллер ST Microelectronics L6561 используют технологию "переходного режима" (TM) (т.е. работу около границы между непрерывными и прерывистыми режимами), обычно применяемую для коррекции коэффициента мощности в вариантах применения с относительно низким уровнем мощности. Подробности контроллера L6561 и технологии переходного режима пояснены в документе ST Microelectronics Application Note AN966, "L6561 Enhanced Transition Mode Power Factor Corrector", автора Claudio Adragna, март 2003 года, доступном на веб-сайте http://www.st.com. Отличия между контроллерами L6561 и L6562 пояснены в документе ST Microelectronics Application Note AN1757, "Switching from the L6561 to the L6562", автора Luca Salati, апрель 2004 года, также доступном на http://www.st.com. Для целей настоящего описания эти два контроллера, в общем, поясняются как имеющие аналогичные функции.

В дополнение к упрощению коррекции коэффициента мощности, контроллеры ST Microelectronics L6561 и L6562 альтернативно могут использоваться в "нестандартной" конфигурации в качестве контроллера в реализации обратноходового преобразователя постоянного тока. Подробности этих и связанных альтернативных вариантов применения контроллеров L6561/L6562 пояснены в документах ST Microelectronics Application Note AN1060, "Flyback Converters with the L6561 PFC Controller", авторов C. Adragna и G. Garravarik, январь 2003 года, ST Microelectronics Application Note AN1059, "Design Equations of High-Power-Factor Flyback Converters based on the L6561", автора Claudio Adragna, сентябрь 2003 года, и ST Microelectronics Application Note AN1007, "L6561-based Switcher Replaces Mag Amps in Silver Boxes", автора Claudio Adragna, октябрь 2003 года, каждый из которых доступен на сайте http://www.st.com.

В частности, Application Notes AN1059 и AN1060 поясняют одну примерную конфигурацию для обратноходового преобразователя на основе L6561 (обратноходовую конфигурацию High-PF), который работает в переходном режиме и применяет способность контроллера L6561 для выполнения коррекции коэффициента мощности, тем самым, предоставляя преобразователь постоянного тока с одним переключающим каскадом и высоким коэффициентом мощности для относительно низких требований по мощности нагрузки (например, приблизительно до 30 ватт). Конфигурация обратноходового преобразователя требует контура регулирования с обратной связью по напряжению, который принимает в качестве входного сигнала выборку выходного напряжения постоянного тока, предоставляемого посредством преобразователя, и предоставляет в качестве обратной связи сигнал ошибки, который подается на вход INV контроллера L6561.

Документ ST Microelectronics Application Note AN1792, озаглавленный "Design of Fixed-Off-Time-Controlled PFC Pre-regulators with the L6562", Claudio Adragna, ноябрь 2003 года, доступный по адресу http://www.st.com, раскрывает другой подход для управления предварительным регулятором модуля коррекции коэффициента мощности в качестве альтернативы способу переходного режима и способу режима постоянной проводимости с фиксированной частотой. В частности, способ управления "по фиксированному времени выключения" (FOT) может использоваться с контроллером L6562, например, в котором только время включения сигнала с широтно-импульсной модуляцией модулируется, а время выключения сохраняется постоянным (приводя к модуляции частоты переключения). Аналогично подходу переходного режима, способ управления по фиксированному времени выключения (FOT), традиционно предполагаемый при использовании контроллера L6562, также требует контура регулирования с обратной связью по напряжению.

Как можно видеть на фиг. 2, в отличие от традиционных вариантов применения для контроллера L6561 и L6562, поясненных выше, каскад 502 коррекции коэффициента мощности не требует какого-либо контура регулирования с обратной связью для того, чтобы регулировать рабочее напряжение 516, тем самым, упрощая схемную конструкцию по сравнению с традиционными реализациями. В частности, было обнаружено, что для реализаций, заключающих в себе по существу фиксированные/стабильные требования по мощности нагрузки для достижения эффективной работы, контур регулирования с обратной связью по напряжению не требуется. В частности, нагрузки, заключающие в себе сами светоизлучающие диоды (светодиоды), являются по существу устройствами регулирования напряжения, так как один светодиод или несколько светодиодов, соединенных в различных последовательных, параллельных или последовательно/параллельных конфигурациях, диктуют конкретное напряжение для нагрузки. Следовательно, каскад 502 коррекции коэффициента мощности может быть надежно сконфигурирован надлежащим образом для обеспечения стабильного рабочего напряжения 516 и мощности в светодиодную нагрузку без необходимости контура регулирования с обратной связью.

В принципиальной схеме на фиг. 2, каскад 502 коррекции коэффициента мощности основан на конфигурации преобразователя постоянного тока компенсационного типа, в котором контроллер 602 коррекции коэффициента мощности управляет переключателем 604 (реализованным посредством транзистора Q1), который, в свою очередь, предписывает цикл накопления и высвобождения энергии для индуктора (предоставляемого посредством одной из обмоток трансформатора T1). Более конкретно, в течение интервалов, в которых транзисторный переключатель 604 "включен" или замкнут (т.е. применяет напряжение через обмотку трансформатора, выступающую в качестве индуктора), ток протекает через индуктор на основе приложенного напряжения, и индуктор накапливает энергию в своем магнитном поле. Когда переключатель "выключен" или разомкнут (т.е. напряжение удале