Способ и устройство для управления уровнями уменьшения силы света светодиодов

Способ и устройство для управления уровнями уменьшения силы света светодиодов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается, в общем, управления уровнями уменьшения силы света светодиодов (LED). Более конкретно, различные новые способы и устройства, раскрытые в настоящем документе, относятся к управлению током возбуждения выше и ниже порогового уровня.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цифровые технологии освещения, то есть освещения, основанного на полупроводниковых источниках света, таких как светодиоды, предлагают жизнеспособную альтернативу традиционным флуоресцентным, газоразрядным (HID) лампам и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды светодиодов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и оптическую эффективность, долговечность, более низкие эксплуатационные затраты и множество других преимуществ. Последние усовершенствования в технологии светодиодов обеспечили эффективные и надежные источники света полного спектра, которые позволяют получить различные эффекты освещения в множестве приложений. Некоторые из приборов, реализующих эти источники, имеют осветительный модуль, включающий в себя один или несколько светодиодов, способных производить различные цвета, например красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления выходной мощностью светодиодов с целью генерации множества цветов и эффектов освещения с изменением цветов, например, как подробно описано в патентах США № 6016038 и 6211626, включенных в настоящий документ посредством ссылки.

Существенные усовершенствования были сделаны в производстве светодиодов, излучающих белый свет. В настоящее время в промышленном масштабе доступны светодиоды белого света, которые генерируют более чем 100 лм/Вт. Это сравнимо с производительностью флуоресцентных и газоразрядных ламп. Кроме того, эти светодиоды имеют другие преимущества, такие как более длительный срок эксплуатации, устойчивость к ударам/вибрации и конструктивную приспособляемость ввиду их малого размера. В результате светодиоды белого света получают признание в качестве замены традиционным источникам накаливания, компактным флуоресцентным и газоразрядным источникам, для применений в освещении, таких как идентификация, выделение и освещение дорожек, локальное освещение, освещение дорог и парковок. Белые светодиоды могут быть использованы самостоятельно или совместно с цветными светодиодами для достижения особого эффекта.

Электрические характеристики светодиодов таковы, что малые изменения в напряжении, приложенном к светодиодной лампе, вызывают заметные изменения тока. Кроме того, изменения в температуре окружающей среды также приведут к изменениям тока светодиодов из-за изменения прямого падения напряжения на светодиодах. Кроме того, выходная светосила светодиодов зависит от тока светодиода. Существующие источники электропитания для светодиодных источников света сконструированы с возможностью точной регулировки тока светодиода для предотвращения изменений в интенсивности свечения из-за изменений входного напряжения переменного тока и температуры окружающей среды. Функционирование светодиодных ламп при излишнем прямом токе в течение долгого периода времени может вызвать недопустимые изменения в интенсивности свечения и даже катастрофическое повреждение. Кроме того, существующие источники электропитания не минимизируют потребление мощности для максимизации экономии энергии.

Часто желательно обеспечить возможность уменьшения силы света светодиодов и осветительных приборов, использующих светодиоды. Известные способы уменьшения силы света светодиодов включают в себя «прерывание» формы волны тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и аналоговое уменьшение амплитуды формы волны тока. К сожалению, при использовании известного аналогового уменьшения амплитуды и ШИМ-уменьшения силы света сложно получить хороший кпд и хорошую производительность по всему диапазону уменьшения силы света от 0% светоотдачи (отсутствие светоотдачи) до 100% светоотдачи (полная светоотдача). Многие известные высокоэффективные устройства возбуждения светодиодов используют преобразователь режима переключения для регулирования тока к светодиодам. Для достижения «глубокого уменьшения силы света» (например, уменьшение до уровня от менее 5% и до 30%) обычно используется ШИМ-пульсация тока светодиода для обеспечения правильного функционирования светодиодов. На выходе источника тока ШИМ-уменьшение силы света требует шунтирующего переключателя, который шунтирует ток светодиода во время пульсаций «выключения» цикла ШИМ. По существу, относительно высокие потери имеют место в главном преобразователе и шунтирующем переключателе, потому что ток к светодиодам находится на сравнительно высоком уровне, даже если подается только часть тока. Соответственно, известные шунтирующие переключатели и способы их использования являются сравнительно неэффективными в приложениях светодиодов, включающих в себя уменьшение силы света. Кроме того, эффективность (лм/Вт) светодиодов является сравнительно высокой при низких значениях тока возбуждения и в результате известные способы ШИМ-уменьшения силы света являются менее эффективными, чем известные способы аналогового уменьшения силы света. Однако аналоговое уменьшение силы света также имеет некоторые недостатки при низких уровнях уменьшения силы света. Например, если ток светодиода является меньшим, чем примерно 5% и большим чем 30% полного значения выходного сигнала, уровни света могут быть неодинаковыми среди разных светодиодов, могут происходить смещения цвета и на очень низких уровнях тока значения эффективности светодиодов также являются сравнительно низкими. Кроме того, электроника устройств возбуждения становится более сложной при падении уровней тока ниже 1%, напряжения смещения и электрический шум в схемах считывания тока становятся большой проблемой. При уровнях уменьшения силы света ниже 0,1% эти проблемы делают аналоговое уменьшение силы света нежелательным.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, имеется необходимость в данной области техники обеспечить уменьшение силы света светодиодов, которое преодолевает по меньшей мере недостатки известных способов уменьшения силы света, описанных выше.

Настоящее изобретение касается новых способов и устройств для управления уровнями уменьшения силы света. Заявители понимают и считают, что является преимущественным обеспечить более эффективное уменьшение силы света светодиодов во всем диапазоне уменьшения силы света от 0% до 100% способом, который преодолевает определенные недостатки в аналоговом и ШИМ-уменьшении силы света. Заявители дополнительно понимают и считают, что является преимущественным обеспечить аналоговое уменьшение силы света до определенного уровня уменьшения силы света и обеспечить ШИМ-уменьшение силы света ниже определенного уровня уменьшения силы света.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение раскрывает схему уменьшения силы света для светодиода, содержащую контроллер тока, сконфигурированный с возможностью принимать входной сигнал уменьшения силы света и обеспечивать сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и опорное напряжение. Схема уменьшения силы света также содержит преобразователь тока, сконфигурированный с возможностью обеспечивать выходной ток, и шунтирующий переключатель, подключенный к контроллеру и к преобразователю тока и между контроллером тока и светодиодами, причем шунтирующий переключатель является непроводящим, когда входной сигнал уменьшения силы света превышает пороговый уровень.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение раскрывает схему уменьшения силы света для светодиода, содержащую контроллер, сконфигурированный с возможностью принимать входной сигнал уменьшения силы света и обеспечивать сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и опорное напряжение. Схема уменьшения силы света также содержит преобразователь тока, сконфигурированный с возможностью обеспечивать выходной ток, и вольтодобавочный преобразователь, подключенный между светодиодами и преобразователем тока, причем вольтодобавочный преобразователь содержит шунтирующий переключатель, который является непроводящим, когда входной сигнал уменьшения силы света меньше порогового уровня.

При использовании в настоящем документе в целях настоящего раскрытия изобретения термин «светодиод» должен пониматься как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы, основанной на инжекции/переходе носителей, которая способна генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин «светодиод» включает в себя, но не ограничивается, различные структуры, основанные на полупроводниках, которые излучают свет в ответ на ток, излучающие свет полимеры, органические светодиоды (OLED), электролюминесцентные ленты и подобные. В частности, термин «светодиод» относится к светодиодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светодиоды), которые могут быть сконфигурированы с возможностью генерации излучения в одном или нескольких из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и других частей видимого спектра (в целом включая излучения с длиной волны от примерно 400 нанометров до примерно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но не ограничиваются, различные типы инфракрасных светодиодов, ультрафиолетовых светодиодов, красных светодиодов, синих светодиодов, зеленых светодиодов, желтых светодиодов, янтарных светодиодов, оранжевых светодиодов и белых светодиодов (дополнительно описанных ниже). Следует также понимать, что светодиоды могут быть сконфигурированы с возможностью и/или управляться для генерации излучения, имеющего различную ширину полосы пропускания (например, полная ширина на половине максимума или FWHM) для данного спектра (например, узкая полоса пропускания, широкая полоса пропускания) и множество преобладающих длин волны в пределах данной общей цветовой классификации.

Например, одно воплощение светодиода, сконфигурированное с возможностью генерировать, по существу, белый свет (например, белый светодиод), может включать в себя набор кристаллов, которые, соответственно, излучают различные спектры электролюминесценции, которые, в сочетании, смешиваются для формирования, по существу, белого света. В другом воплощении, светодиод белого света может быть ассоциирован с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере этого воплощения, электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкий спектр полосы пропускания, «накачивает» люминофорный материал, который, в свою очередь, излучает волны большей длины, имеющие несколько более широкий спектр.

Следует также понимать, что термин «светодиод» не ограничивает физический или электрический тип корпуса светодиода. Например, как было описано выше, светодиод может относиться к единственному излучающему свет устройству, имеющему множество кристаллов, которые сконфигурированы с возможностью соответственно излучать различные спектры излучения (например, которые могут или не могут быть индивидуально управляемыми). Также светодиод может быть ассоциирован с люминофором, который рассматривается в качестве неотъемлемой части светодиода (например, некоторые типы белых светодиодов). В общем, термин светодиод может относиться к корпусным светодиодам, некорпусным светодиодам, устанавливаемым на поверхность светодиодам, припаиваемым на плату светодиодам, устанавливаемым светодиодам, имеющим корпус в форме Т, светодиодам, имеющим радиальный корпус, силовым корпусным светодиодам, светодиодам, включающим в себя некоторый тип оболочки и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу) и так далее.

Термин «источник света» должен пониматься как относящийся к одному или нескольким из множества источников излучения, включающих в себя, но не ограничиваясь этим, источники на основе светодиодов (включая один или несколько светодиодов, описанных выше), источники накаливания (например, лампы накаливания, галогеновые лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцирующие источники, высокомощные газоразрядные источники (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиролюминесцентные источники (например, факелы), свечелюминесцентные источники (например, газокалильные сетки, углеродные источники дугового излучения), фотолюминесцентные источники (например, источники газового разряда), катодолюминесцентные источники, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кинелюминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.

Данный источник света может быть сконфигурирован с возможностью генерации электромагнитного излучения в пределах видимого спектра, вне пределов видимого спектра или в комбинации обоих. Следовательно, термины «свет» и «излучение» используются в настоящем документе взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один или несколько фильтров (например, цветных фильтров), линз или других оптических компонентов. Также следует понимать, что источники света могут быть сконфигурированы для множества приложений, включая, но не ограничиваясь, указание, отображение и/или освещение. «Источник освещения» является источником света, который, в частности, сконфигурирован с возможностью генерировать излучение, имеющее достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте «достаточная интенсивность» относится к достаточной мощности излучения в видимом спектре, сгенерированной в пространстве или окружении (единица «люмены» обычно используется для представления общей светоотдачи от источника света во всех направлениях в смысле мощности излучения или «светового потока») для обеспечения окружающего освещения (то есть света, который может восприниматься не напрямую и может, например, отражаться от одной или нескольких из множества промежуточных поверхностей до восприятия полностью или частично).

Термин «спектр» должен пониматься как относящийся к одной или нескольким частотам (или длинам волны) излучения, производимого одним или несколькими источниками света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волны) не только видимого диапазона, но также и к частотам (или длинам волны) в инфракрасной, ультрафиолетовой и других областях общего электромагнитного спектра. Также данный спектр может иметь относительно узкую полосу пропускания (например, FWHM, имеющий, по существу, малое количество компонентов частоты или длины волны) или относительно широкую полосу пропускания (несколько компонентов частоты или длины волны, имеющих различные относительные интенсивности). Следует также понимать, что данный спектр может быть результатом смешивания двух или более других спектров (например, смешивание излучения, соответственно излученного из нескольких источников света).

В настоящем описании термин «цвет» используется взаимозаменяемо с термином «спектр». Однако термин «цвет», в общем, используется для ссылки, главным образом, на свойство излучения, которое может быть воспринято наблюдателем (хотя это использование не предполагает ограничения объема данного термина). Соответственно, термин «различные цвета» неявно относится к множеству спектров, имеющих различные компоненты длины волны и/или полосы пропускания. Следует также понимать, что термин «цвет» может использоваться в связи с белым и небелым светом.

Термин «цветовая температура», в общем, используется в настоящем документе в связи с белым светом, хотя это использование не предполагает ограничения объема данного термина. Цветовая температура, по существу, относится к конкретному содержанию цвета или оттенка (например, красноватый, синеватый) белого света. Цветовая температура данного образца излучения обычно характеризуется в соответствии с температурой в градусах Кельвина (К) излучателя абсолютно черного тела, который излучает, по существу, тот же самый спектр, что и рассматриваемый образец излучения. Температуры цвета излучателя абсолютно черного тела обычно попадают в диапазон от примерно 700 градусов К (обычно рассматривается как первый видимый для человеческого глаза) до более чем 10000 градусов К; белый свет, в общем, воспринимается при температурах цвета выше 1500-2000 градусов К.

Термин «осветительный прибор» в настоящем документе используется для ссылки на реализацию или компоновку одного или нескольких блоков освещения в корпусе, сборке или упаковке конкретной формы. Термин «блок освещения» используется в настоящем документе для ссылки на устройство, включающее в себя один или несколько источников света одинакового или разных типов. Данный блок освещения может иметь любую из множества монтажных компоновок источника (источников) света, компоновок и форм корпуса/кожуха, и/или конфигураций электрического и механического подключения. Дополнительно, данный блок освещения может быть опционально ассоциирован с (например, включать в себя, быть связанным с и/или собранным совместно) различными другими компонентами (например, схема управления), относящимися к функционированию источника (источников) света. «Светодиодный блок освещения» относится к блоку освещения, который включает в себя один или несколько светодиодных источников света, как описано выше, самостоятельно или в сочетании с другими несветодиодными источниками света. «Многоканальный» блок освещения относится к светодиодному или несветодиодному блоку освещения, который включает в себя по меньшей мере два источника освещения, сконфигурированных с возможностью соответственно генерировать различные спектры излучения, причем каждый различный спектр источника может называться «канал» многоканального блока освещения.

Термин «контроллер» используется в настоящем описании, в общем, для описания различных устройств, относящихся к функционированию одного или нескольких источников света. Контроллер может быть выполнен различными способами (например, с помощью специализированного аппаратного обеспечения) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. «Процессор» является одним примером контроллера, который использует один или несколько микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения различных функций, описанных в настоящем документе. Контроллер может быть реализован с или без использования процессора и также может быть реализован в качестве комбинации специального аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или нескольких программируемых микропроцессоров и ассоциированных схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничиваются, традиционные микропроцессоры, интегральные схемы (ASIC) специального применения и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

Термин «пользовательский интерфейс», используемый в настоящем документе, относится к интерфейсу между человеком-пользователем или оператором и одним или несколькими устройствами, который обеспечивает связь между пользователем и устройством (устройствами). Примеры пользовательских интерфейсов, которые могут быть использованы в различных реализациях настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничиваются, переключатели, потенциометры, кнопки, циферблаты, ползунки, мышь, клавиатуру, клавишную панель, различные типы игровых контроллеров (например, джойстики), трекболы, дисплеи, различные типы графических пользовательских интерфейсов (GUI), тактильные экраны, микрофоны и другие типы сенсоров, которые могут принимать некоторую форму управляющего воздействия, генерируемого человеком, и генерировать сигнал в ответ на нее.

Следует понимать, что все комбинации вышеуказанных понятий и дополнительных понятий, более подробно описанных ниже (при условии, что такие понятия не являются взаимоисключающими), рассматриваются в качестве части изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленного изобретения, представленные в конце настоящего описания, рассматриваются в качестве части изобретения, раскрытого в настоящем документе. Следует также понимать, что терминология, явным образом использованная в настоящем документе, которая может также быть в любом описании, включенном по ссылке, должна быть согласована по значению, наиболее совместимому с конкретными понятиями, описанными в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

Фиг.1 изображает упрощенную блок-схему осветительного прибора в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения;

Фиг.2 изображает упрощенную принципиальную схему схемы уменьшения силы света в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг.3 изображает упрощенную принципиальную схему уменьшения силы света в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеследующем подробном описании в целях объяснения, а не ограничения раскрыты варианты осуществления изобретения, раскрывающие конкретные детали, с целью обеспечения всестороннего понимания настоящего изобретения. Описания известных устройств, материалов и способов изготовления могут быть опущены во избежание неясности описания примерных вариантов осуществления. Несмотря на это, такие устройства, материалы и способы, которые находятся в пределах кругозора специалиста в данной области техники, могут быть использованы в соответствии с примерными вариантами осуществления.

Фиг.1 изображает упрощенную блок-схему осветительного прибора 100 в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. Осветительное устройство включает в себя схему 101 уменьшения силы света, которая принимает входное напряжение, такое как напряжение сети. На основании желаемой установки уменьшения силы света, схема 101 уменьшения силы света обеспечивает конкретный ток возбуждения на светодиод 102. В примерном варианте изобретения устройство освещения может быть обеспечено в корпусе со схемой уменьшения силы света и светодиодом в общем или отдельном сборочном корпусе.

Фиг.2 изображает упрощенную принципиальную схему 200 уменьшения силы света в соответствии с примерным вариантом осуществления. Схема 200 уменьшения силы света предполагается для использования в качестве схемы 101 уменьшения силы света в осветительном приборе 100 на Фиг.1. Схема 200 уменьшения силы света содержит преобразователь 201 неизменного тока («преобразователь») и контроллер 202. Контроллер 202 принимает входной сигнал уменьшения силы света, и преобразователь 201 принимает входное напряжение. В примерном варианте осуществления преобразователь 201 является известным источником питания, сконфигурированным с возможностью принимать подводимую мощность от одного из множества известных источников питания, которые являются иллюстративным источником напряжения переменного тока (напряжения сети), источником напряжения постоянного тока или источником напряжения переменного тока низкого напряжения. Преобразователь 201 обеспечивает выходной ток на основании входного напряжения. Как описано более полно в настоящем документе, ШИМ-сигнал 203 обеспечивается на шунтирующий переключатель (например, на полевой транзистор (FET)) 110 (Q1).

В варианте осуществления, контроллер 202 включает в себя известный микропроцессор, содержащий запоминающее устройство и логическое устройство, и сконфигурирован с возможностью принимать входной сигнал уменьшения силы света и обеспечивать ШИМ-сигнал 203 и опорное напряжение 204 (V_ref). Использование микропроцессора является всего лишь иллюстративным и использование программируемого логического устройства (PLD), такого как программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA) или интегральная схема специального применения (ASIC), или дискретные электронные компоненты, также предполагается для использования в контроллере 202.

Опорное напряжение 204 (V_ref) обеспечивает один входной сигнал в схему 205 усиления ошибки. Ток к светодиодам протекает через считывающий резистор 211 (R1), который производит напряжение считывания, которое обеспечивается в качестве другого входного сигнала в схему 205 усиления ошибки. Схема 205 усиления ошибки сравнивает сигнал напряжения считывания с опорным напряжением 204 (V_ref). Сигнал 206 обратной связи, который основан на выходном сигнале схемы 205 усиления ошибки, обеспечивается на преобразователь 201. В ответ на значение сигнала 206 обратной связи преобразователь 201 увеличивает или уменьшает ток на светодиоды до тех пор, пока считанное напряжение на считывающем резисторе 211 (R1) не становится, по существу, идентичным опорному напряжению 204 (V_ref).

При функционировании преобразователь 201 обеспечивает сравнительно постоянный ток первой катушке 207 индуктивности (L1). Ток от преобразователя 201, в свою очередь, протекает ко второй катушке 208 индуктивности (L2). Вторая катушка 208 индуктивности (L2) в сочетании с конденсатором 209 (C1) преимущественно уменьшает колебания тока и обеспечивает, по существу, неизменный постоянный ток либо к светодиодам (не показаны на Фиг.2), либо к шунтирующему переключателю 210 (Q1). Конденсатор 209 (С1) и вторая катушка 208 индуктивности (L2) имеют соответствующие значения, выбранные так, чтобы переключение шунтирующего переключателя 210 (Q1) не меняло существенно напряжение на конденсаторе 209 (С1), и, таким образом, ток во второй катушке 208 индуктивности (L2) остается, по существу, неизменным. Этот почти неизменный ток затем протекает либо к светодиодам напрямую, либо через шунтирующий переключатель 210 (Q1).

Ток протекает либо к светодиодам напрямую, либо на шунтирующий переключатель 210 (Q1) в зависимости от уровня уменьшения силы света, обеспеченного входным сигналом уменьшения силы света на контроллер 202. Часто, с целью избежать смещений уровня цвета и обеспечить базовый уровень эффективности, устанавливается минимальная амплитуда тока. Эта минимальная амплитуда тока обычно выражается в процентах от максимального уровня тока или амплитуды через контакт светодиода. Например, изготовитель светодиода или изготовитель лампы может указать минимальную амплитуду тока, необходимую для светодиодов, как процент от максимальной амплитуды тока, которая может быть подана на светодиоды.

В иллюстративных целях предполагается, что этот минимум в настоящий момент составляет примерно 10% максимальной амплитуды тока светодиодов, используемых в осветительном приборе 100. Отмечается, что процент от максимальной амплитуды тока может быть меньше или больше чем 10%, и это значение выбрано только для простоты пояснения. В соответствии с примерным вариантом осуществления, описанным в связи с Фиг.2, когда входной сигнал уменьшения силы света на контроллер 202 находится между 100% этого максимального уровня тока и 10% максимального уровня тока, вывод ШИМ-сигнала 203 из контроллера 202 находится на напряжении, которое обратно смещает шунтирующий переключатель 210 (Q1), так что он не проводит и является «выключенным», и опорное напряжение 204 (Vref) находится на уровне, пропорциональном входному сигналу уменьшения силы света. Опорное напряжение 204 (Vref) является входным сигналом в схему 205 усиления ошибки и обеспечивает обратную связь 206 на преобразователь 201, которая является пропорциональной сигналу ошибки между точкой установки желаемого тока (опорное напряжение 204 (Vref)) и фактическим током светодиода, считываемым на считывающем резисторе 211 (R1). Обратная связь 206 является входным сигналом для преобразователя 201, и выходной сигнал из преобразователя 201 является аналоговым выходным сигналом, который обеспечивает желаемый уровень тока на светодиод.

В противоположность, и придерживаясь иллюстративных значений, когда входной сигнал уменьшения силы света на контроллер 202 составляет примерно 10% или менее (до примерно 0%), контроллер 202 обеспечивает опорное напряжение 104 (Vref) в 10% (или менее, как выбрано) максимального значения. ШИМ-сигнал 203 на шунтирующий переключатель 210 (Q1) выборочно смещает шунтирующий переключатель 210 (Q1) на заданный рабочий цикл. В настоящем примерном варианте осуществления при пороговом уровне в 10% максимального тока возбуждения светодиода ШИМ-сигнал 203 имеет рабочий цикл выключения, который, по существу, совпадает с желаемым уровнем уменьшения силы света, поделенным на 10 (поскольку среднее значение тока уже уменьшено до 10%). Например, рабочий цикл выключения ШИМ в 1% соответствует уровню уменьшения силы света в 0,1%.

Преимущественно, поскольку шунтирующий переключатель 210 (Q1) смещен вперед («включен») только когда ток через первую катушку 207 индуктивности (L1) и вторую катушку 208 индуктивности (L2) уменьшен до уровня или ниже выбранной части (например, 10% или меньше) максимального уровня тока, потери в шунтирующем переключателе 210 (Q1) минимизированы. В дополнение, схема 200 позволяет шунтирующему переключателю 210 (Q1) иметь сравнительно высокое сопротивление и, в свою очередь, сравнительно низкую емкость. Это уменьшает вероятность потерь при переключении в случае, если желательна сравнительно высокая ШИМ-частота. Для этой цели в иллюстративном варианте осуществления шунтирующий переключатель 210 (Q1) является полевым транзистором с МОП-структурой (MOSFET) с номинальным значением напряжения в 600 В (предполагая, что светодиодная система имеет высокое выходное напряжение) имеет сопротивление примерно 1,2 Ом и выходную емкость около 100 пФ. Если бы шунтирующий переключатель 210 (Q1) настоящего примера (то есть MOSFET) проводил весь ток (например, 1А) от преобразователя 201, потери проводимости сами по себе уже составляли бы 1 Вт в момент, когда время включенного состояния шунтирующего переключателя 210 (Q1) составляет около 100%. Следует понимать, что такие потери не являются желательными. Напротив, и в соответствии с примерными вариантами осуществления, если ток через шунтирующий переключатель 210 (Q1) ограничен 10% или менее от максимального уровня тока, потери на электропроводность того же самого MOSFET являются существенно более низкими; иллюстративно, 0,012 Вт при тех же условиях и параметрах. Из-за существенного уменьшения в потерях проводимости, сопротивление шунтирующего переключателя 210 (Q1) может быть выбрано более высоким. В продолжение того же примера, если шунтирующий переключатель 210 (Q1) был бы MOSFET с более высоким сопротивлением (например, 10 Ом), выходная емкость бы существенно упала (например, в 10 раз в настоящем примере). Преимущественно, потери проводимости и потери при переключении существенно уменьшаются (в 10 раз в настоящем примере), и время переключения также уменьшается ввиду уменьшенной емкости. В особенности уменьшение времени переключения шунтирующего переключателя 210 (Q1) может быть особенно преимущественным, поскольку сравнительно точное управление уменьшением силы света выигрывает от сравнительно быстрых переходов переключения, которые обусловлены обеспечением переключателя (например, шунтирующего переключателя 210 (Q1)) со сравнительно низкой емкостью, в примерных вариантах осуществления. В дополнение, MOSFET с увеличенным в 10 раз сопротивлением во включенном состоянии является гораздо менее дорогостоящим, чем FET с более низким сопротивлением.

В особенности частота ШИМ-сигнала 203, обеспеченного на шунтирующий переключатель 210 (Q1), может быть выбрана для оптимизации производительности схемы 200. На практике желательно иметь, по существу, неизменный ток в первой катушке 207 индуктивности (L1) и, по существу, неизменное напряжение на конденсаторе 209 (С1), когда шунтирующий переключатель 210 (Q1) включается и выключается с фиксированным рабочим циклом в ответ на ШИМ-сигнал 203. Это гарантирует, что ток в светодиодах пропорционален рабочему циклу шунтирующего переключателя или обратному рабочему циклу. В соответствии с примерным вариантом осуществления, эти условия достигаются посредством выбора достаточно высокой частоты ШИМ для шунтирующего переключателя 210 (Q1). В примерном варианте осуществления, источники питания являются изолированными, и преимущественно преобразователь 201, который обеспечивает изоляцию, никогда не перестает переключаться и, следовательно, непрерывно обеспечивает достаточную мощность на любые дополнительные обмотки питания, необходимые для возбуждения усилителей обратной связи по току и контроллеров интерфейса уменьшения силы света, когда минимальный выходной ток преобразователя зафиксирован на ненулевом минимальном уровне (например, 10% или меньше от максимума в вышеуказанном примере). Частота ШИМ-сигнала 203 для светодиодов обычно выбирается в диапазоне от 200 Гц до 5 кГц. Однако для уменьшения размера второй катушки 208 индуктивности (L2) и конденсатора 209 (С1) возможно функционирование шунтирующего переключателя 210 (Q1) на еще более высоких частотах. Это в особенности уместно, когда шунтирующий переключатель 210 (Q1) является устройством с относительно высоким сопротивлением и низкой емкостью, что обеспечивает быстрые переходы переключения.

Фиг.3 изображает упрощенную принципиальную схему 300 уменьшения силы света в соответствии с другим примерным вариантом осуществления. Схема 300 уменьшения силы света предполагается для использования в качестве схемы 101 уменьшения силы света осветительного прибора 100 на Фиг.1. Многие из деталей компонентов, описанных в связи с вариантами осуществления схемы 200 уменьшения силы света, изображенной на Фиг.2, являются общими с вариантами осуществления схемы 300 уменьшения силы света. Многие из этих общих деталей не повторяются с целью избежать усложнения описания в настоящий момент описываемых вариантов осуществления. Кроме того, подобно вариантам осуществления, описанными в связи с Фиг.2, схема 300 уменьшения силы света обеспечивает эффективное уменьшение силы света светодиодов во всем диапазоне уменьшения силы света от примерно 0% до примерно 100%. Подобно схеме 200 уменьшения силы света схема 300 уменьшения силы света обеспечивает аналоговое уменьшение силы света от преобразователя 201 до порогового уровня, который обеспечивает правильное функционирование светодиода с минимальным смещением цвета.

Схема 300 уменьшения силы света содержит преобразователь 201 и контроллер 202. Контроллер 202 принимает входной сигнал уменьшения силы света и преобразователь 201 принимает входное напряжение, такое как напряжение сети переменного тока. В примерном варианте осуществления изобретения контроллер 202 содержит известный микропроцессор, содержащий запоминающее устройство и логическое устройство, и сконфигурирован с возможностью принимать входной сигнал уменьшения силы света и обеспечивать ШИМ-сигнал 203 и опорное напряжение 204 (V_ref). Использование микропроцессора является всего лишь иллюстративным и использование программируемого логического устройства (PLD), такого как программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA) или интегральная схема специального применения (ASIC), также предполагается для использования в контроллере 202. Опорное напряжение 204 (Vref) содержит один входной сигнал в схему 205 усилителя.

Схема 300 уменьшения силы света содержит вольтодобавочный преобразователь 301, который широтно-импульсно модулирует выходной ток с порогового уровня (например, 10% от максимальной амплитуды тока на светодиод) до 0% тока или 100% уменьшения силы света. Вольтодобавочный преобразователь 301 содержит первый переключатель 302 (Q1), соединенный параллель