Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО С ЦЕПЯМИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству, содержащему цепи светоизлучающих диодов, и к способу питания цепей светоизлучающих диодов в устройстве.

Примерами такого устройства являются лампы, содержащие светоизлучающие диоды переменного тока или ACLEDы.

Уровень техники изобретения

WO 2005/120134 раскрывает цепь, содержащую два светоизлучающих диода, включенные встречно параллельно в первой ветви, и два светоизлучающих диода, включенные встречно параллельно во второй ветви. Первая и вторая ветви являются параллельными ветвями. Первая ветвь также содержит конденсатор и является емкостной ветвью. Вторая ветвь также содержит катушку и является индуктивной ветвью. В результате изменение света встречно параллельных пар светоизлучающих диодов происходит в различное время, и, по сравнению с индивидуальными фликер-индексами встречно-параллельных пар светоизлучающих диодов, общий фликер-индекс цепи уменьшается.

Цель и сущность изобретения

Целью изобретения является предоставление усовершенствованного устройства. Еще одной целью изобретения является предоставление усовершенствованного способа.

В соответствии с первым аспектом изобретения устройство содержит цепи светоизлучающих диодов с по меньшей мере первой и второй ветвями для получения напряжения переменного тока, в котором первая ветвь содержит первую цепь светоизлучающих диодов, а также первое устройство для сдвига фазы первого тока, текущего через первую цепь светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока, а вторая ветвь содержит вторую цепь светоизлучающих диодов и не содержит второе устройство для сдвига фазы второго тока, текущего через вторую цепь светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока.

Простое и дешевое надежное устройство создается путем сдвига фазы первого тока, текущего через первую цепь светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока и путем не сдвига фазы второго тока, текущего через вторую цепь светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока.

Цепь светоизлучающих диодов содержит один или более светоизлучающих диодов, (не)органические светоизлучающие диоды и/или лазерные светоизлучающие диоды.

Первая и вторая ветви могут являться параллельными ветвями и/или ветвями, питаемыми от одной вторичной обмотки или от разных вторичных обмоток трансформатора. Каждая ветвь может также содержать один или более других компонент, таких как реле, переключатель, плавкий предохранитель и т.д.

В варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением первое устройство содержит конденсатор, соединенный последовательно с первой цепью светоизлучающих диодов. Использование конденсатора для сдвига фазы тока предпочтительно по сравнению с использованием катушки, так как конденсатор имеет меньший размер. Кроме того, первое устройство может также содержать один или более других конденсаторов и/или один или более резисторов.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением конденсатор является управляемым (регулируемым). Указанная управляемость может содержать, например, изменение физических свойств, таких как размер, расстояние и т.д., конденсатора и/или может иметь специальный управляющий вход и/или несколько конденсаторов разного размера и средство выбора, например второй конденсатор, который может быть соединен параллельно или последовательно с первым конденсатором посредством одного или более управляемых переключателей, и/или может содержать приложение управляющего напряжения к конденсатору посредством подходящей отключающей сети таким образом, чтобы преимущественно регулировать углы сдвига фазы емкостного тока, например, чтобы оптимизировать коэффициент мощности систем ламп в целом. Управляемость конденсатором может быть осуществлена, например, во время производства устройств (например, путем лазерной подгонки размера конденсатора), во время производства осветительных устройств, содержащих одно или более устройств, или во время работы таким образом, чтобы добиться желаемой рабочей точки.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением соответствующие первая и вторая ветви также содержат соответствующие первый и второй резисторы, соединенные последовательно с или формирующие часть соответствующих первой и второй цепей светоизлучающих диодов. Соответствующие первый и второй резисторы могут быть расположены как вне, так и внутри соответствующих первой и второй цепей светоизлучающих диодов. При расположении вне соответствующих первой и второй цепей светоизлучающих диодов первый резистор может быть расположен между конденсатором и первой цепью светоизлучающих диодов, или конденсатор может быть расположен между первым резистором и первой цепью светоизлучающих диодов, или первая цепь светоизлучающих диодов может быть расположена между конденсатором и первым резистором. При расположении внутри соответствующих первой и второй цепей светоизлучающих диодов резисторы могут являться внешними или внутренними резисторами, выполненными путем правильного выбора и/или соединения светоизлучающих диодов. Кроме того, каждая ветвь может также содержать один или более других резисторов.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением один или более из первого и второго резисторов является управляемым. Указанное управление может содержать, например, изменение физических свойств, таких как длина, ширина и т.д., резистора и/или может иметь специальный управляющий вход и/или несколько резисторов разного размера и средство выбора, например третий резистор, который может быть соединен параллельно или последовательно с первым или вторым резистором посредством управляемого(ых) переключателя(ей), и/или может содержать приложение управляющего напряжения к резистору посредством подходящей отключающей сети таким образом, чтобы преимущественно регулировать углы сдвига фазы емкостного тока, например, чтобы оптимизировать коэффициент мощности систем ламп в целом. Управляемость резистором может быть осуществлена, например, во время производства устройств (например, путем лазерной подгонки ширины резистора), во время производства осветительных устройств, содержащих одно или более устройств, или во время работы таким образом, чтобы добиться желаемой рабочей точки.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением одна или более из первой и второй цепей светоизлучающих диодов является управляемой. Указанное управление может содержать, например, регулирование проводки цепи светоизлучающих диодов путем лазерной подгонки и т.д.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна из цепей светоизлучающих диодов способна генерировать свет в ответ на по меньшей мере часть положительной половины напряжения переменного тока, а также в ответ на по меньшей мере часть отрицательной половины напряжения переменного тока. Такая цепь светоизлучающих диодов предпочтительно подлежит использованию при питании напряжением переменного тока.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна из цепей светоизлучающих диодов имеет по существу сходные значения импеданса для обеих половин напряжения переменного тока. Такая цепь светоизлучающих диодов предпочтительно подлежит использованию, когда полный фликер-индекс устройства должен быть уменьшен по сравнению с индивидуальными фликер-индексами цепей светоизлучающих диодов. Фликер-индекс относится, например, к оптическому фликер-индексу в излучаемом свете в соответствии со способом расчета IESNA.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна из цепей светоизлучающих диодов содержит две встречно параллельные строки, причем каждая состоит из одного или более светоизлучающих диодов.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна из цепей светоизлучающих диодов содержит выпрямитель, соединенный последовательно со строкой из одного или более светоизлучающих диодов.

В другом варианте осуществления устройство является лампой напряжения переменного тока, содержащей источник света, причем первая и вторая цепи светоизлучающих диодов совместно составляют источник света.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением соответствующие первая и вторая цепи светоизлучающих диодов генерируют свет с соответствующими первым и вторым фликер-индексами, и источник света генерирует свет с общим фликер-индексом, который меньше, чем каждый один из первого и второго фликер-индексов.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением сумма первого и второго токов является общим током, причем общий ток имеет уменьшенную третью гармонику по сравнению с каждым одним из первого и второго токов. Уменьшение третьей гармоники общего тока, подаваемого источником напряжения переменного тока, является огромным преимуществом в стремлении к согласованию с регулированием гармоник (электрической) сети.

В другом варианте осуществления устройства в соответствии с изобретением каждый сдвиг фазы относится к введению сдвига фазы на по меньшей мере пять градусов. В первой ветви первый ток, текущий через первую цепь светоизлучающих диодов, таким образом, сдвигается на по меньшей мере пять градусов (предпочтительно более чем на пять градусов, как, например, на двадцать градусов или более) относительно напряжения переменного тока, а во второй ветви второй ток, текущий через вторую цепь светоизлучающих диодов, сдвигается на не более чем пять градусов (предпочтительно менее чем на пять градусов, как, например, на один градус или менее) относительно напряжения переменного тока.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предоставляется способ питания цепей светоизлучающих диодов в устройстве с по меньшей мере первой и второй ветвями для получения предоставленных напряжений переменного тока, в котором первая ветвь содержит первую цепь светоизлучающих диодов, а вторая ветвь содержит вторую цепь светоизлучающих диодов, причем способ содержит этапы сдвига фазы, в первой ветви, первого тока, текущего через первую цепь светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока, и не сдвига фазы, во второй ветви, второго тока, текущего через вторую цепь светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока.

Варианты осуществления способа соответствуют вариантам осуществления устройства.

Изобретение основано на признании того, что токи в различных ветвях должны иметь различные сдвиги фаз, и того, что только в одной из двух ветвей ток должен иметь сдвиг фазы относительно напряжения переменного тока.

Изобретение предоставляет усовершенствованное устройство, которое является простым, дешевым и надежным.

Эти и другие аспекты изобретения будут ясны и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные здесь и далее.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 изображает устройство с двумя ветвями,

фиг.2 изображает устройство с тремя ветвями,

фиг.3 изображает формы волн тока,

фиг.4 изображает функцию потока от напряжения,

фиг.5 изображает измеренную форму волны и поток цепи светоизлучающих диодов в нормальном режиме работы,

фиг.6 изображает гармоники для цепи светоизлучающих диодов с фиг.5 в нормальном режиме работы,

фиг.7 изображает гармоники для устройства, содержащего устройство для сдвига фазы тока,

фиг.8 изображает две формы волн и поток при тестовых установках,

фиг.9 изображает лампу, и

фиг.10 изображает возможные варианты осуществления цепи светоизлучающих диодов.

Описание вариантов осуществления

Фиг.1 изображает устройство 1 с двумя ветвями 20, 30. Первая ветвь 20 содержит первую цепь 21 светоизлучающих диодов и конденсатор 22, соединенный последовательно с первой цепью 21 светоизлучающих диодов. Вторая ветвь 30 содержит вторую цепь 31 светоизлучающих диодов. Обе ветви 20, 30 получают напряжение переменного тока от источника 10 напряжения. Конденсатор 22 является примером первого устройства для сдвига фазы первого тока, текущего через первую цепь 21 светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока. Вторая ветвь 30 не содержит второго устройства для сдвига фазы второго тока, текущего через вторую цепь 31 светоизлучающих диодов, относительно напряжения переменного тока. В результате общий ток, подаваемый источником 10 напряжения, сглаживается.

Фиг.2 изображает устройство 1 с тремя ветвями 20, 30, 40. Первая ветвь 20 содержит последовательное соединение первой цепи 21 светоизлучающих диодов, конденсатора 22 и первого резистора 23. Вторая ветвь 30 содержит последовательное соединение второй цепи 31 светоизлучающих диодов, дополнительной цепи светоизлучающих диодов 35, второго резистора 33 и дополнительного резистора 34. Третья ветвь 40 содержит последовательное соединение третьей цепи 41 светоизлучающих диодов, дополнительный конденсатор 42 и третий резистор 43.

Фиг.3 изображает формы волн тока I-IV (с фиг.2, ток от времени). Формы волн II-IV представляют результат, основанный на предложенном устройстве. Форма волны тока III представляет ток, текущий через вторую ветвь 30. Форма волны тока IV представляет ток, текущий через первую или третью ветвь 20 или 40. Форма волны тока II представляет абсолютное значение общего тока. В первом приближении общий поток, излучаемый устройством, пропорционален этому току. Следовательно, форма волны II также отображает поток. Для сравнения, ситуация в возможной лампе, которая не основана на предложенном устройстве, изображена в виде формы волны I. Здесь все цепи светоизлучающих диодов возбуждаются от не смещенного по фазе тока. Во время прохождения напряжения питания через ноль на протяжении долгого периода времени все цепи светоизлучающих диодов полностью отключены. В противоположность этому, форма волны II для предложенной цепи имеет более короткий темный период (в который поток равен нулю) при том, что содержит тот же общий поток, что и для формы волны I. Очевидно, общий ток и поток в предложенном устройстве (форма волны II) более сглажены. Следовательно, оно производит меньше мерцания.

Фиг.4 изображает функцию потока от напряжения (относительный поток от напряжения, точка пересечения: относительный поток «1» и номинальное напряжение питания). График V отображает нормальный режим работы (токи без смещения фазы), а график VI отображает более стабильный режим работы, полученный от введения конденсатора 22 в устройство 1. Предложенное устройство не только уменьшает мерцание, но оно также улучшает стабильность изменений общего потока относительно напряжения питания. В случае, когда лампа управляется от магистральной электросети, изменения в напряжении электросети будут иметь менее заметное воздействие на общий поток, излучаемый лампой.

Фиг.5 изображает измеренные форму волны VII и поток VIII цепи светоизлучающих диодов в нормальном режиме работы (токи без сдвига фазы). Поток VIII имеет почти ту же форму, что и форма волны I на фиг.3. Следовательно, измерения доказывают предположение, сделанное в описании фиг.3. Полученный фликер-индекс равен 0,48 (ток и поток, оба относительно времени).

Фиг.6 изображает гармоники для цепи светоизлучающих диодов с фиг.5 в нормальном режиме работы (токи без смещения фазы). Для предельного значения, показанного в виде темных блоков, принимается, что лампа управляется напрямую от напряжения электросети, что является одним из возможных вариантов осуществления. Что касается третьей гармоники, амплитуда этой третьей гармоники (светлый блок) для цепи светоизлучающих диодов в нормальном режиме работы (токи без смещения фазы) очевидно больше, чем допустимая амплитуда для этой третьей гармоники (темный блок) в соответствии с ограничениями гармоник для источников света, работающих от электросети. Цепь светоизлучающих диодов, следовательно, будет не согласована с регулировками гармоник электросети, действующими сейчас, например, в Европе, когда она будет иметь мощность более 25 ватт.

Фиг.7 изображает гармоники для устройства, содержащего устройство для сдвига фазы тока. Для третьей гармоники амплитуда этой третьей гармоники (светлый блок) для цепи светоизлучающих диодов в сочетании с добавленным конденсатором или конденсаторами теперь очевидно меньше, чем допустимая амплитуда для этой третьей гармоники (темный блок). Цепь светоизлучающих диодов в сочетании с добавленным конденсатором или конденсаторами, следовательно, согласована с регулировками гармоник электросети, действующими сейчас, например, в Европе.

Фиг.8 изображает две формы волн тока и поток для тестовых установок. Тестовые установки содержат двадцать светоизлучающих диодов, десять с резистивным балластом и десять с резистивным и емкостным балластом. Форма волны IX отображает ток, текущий через светоизлучающий диод с резистивным балластом. Форма волны X отображает ток, текущий через светоизлучающий диод с резистивным и емкостным балластом. График XI отображает результирующий поток света (фликер-индекс 0,20 - улучшение в 2,4 раза по сравнению со значением при нормальных установках). Опять же результат измерения потока совпадает с моделированием довольно хорошо, что изображено в виде формы волны II на фиг.3. Конечно, уровни мощности реальных установок и моделирования не идентичны, но это приводит к другому масштабированию осей.

Фиг.9 изображает лампу. Она является, например, усовершенствованной лампой напряжения переменного тока, содержащей источник света. Устройство 1, изображенное на фиг.1, присутствует под рассеивающим колпаком и содержит некоторые резисторы, как изображено на фиг.2. Цепи светоизлучающих диодов совместно составляют источник света. Каждая цепь светоизлучающих диодов имеет фликер-индекс в нормальном режиме работы. С устройствами, добавленными только к некоторым цепям светоизлучающих диодов для смещения токов, текущих через каждую из них, которая содержит устройство, источник света будет иметь общий фликер-индекс, который меньше, чем фликер-индекс цепей светоизлучающих диодов в нормальном режиме работы. Когда имеются две или более ламп, они могут иметь одинаковые первые (вторые) ветви или различные первые (вторые) ветви и одинаковое или различное число ветвей.

Фиг.10 изображает возможные варианты осуществления одной цепи светоизлучающих диодов. Левая часть фигуры изображает первый возможный вариант осуществления цепи светоизлучающих диодов, содержащий двенадцать светоизлучающих диодов. Одна пара содержит два встречно параллельных светоизлучающих диода, и шесть пар соединены последовательно друг с другом. Средняя часть фигуры изображает второй возможный вариант осуществления цепи светоизлучающих диодов, содержащий двенадцать светоизлучающих диодов. Одна строка содержит шесть последовательно соединенных светоизлучающих диодов, и две строки соединены встречно параллельно. Правая часть фигуры изображает третий возможный вариант осуществления цепи светоизлучающих диодов, содержащий шесть светоизлучающих диодов. Одна строка содержит шесть последовательно соединенных светоизлучающих диодов, и ветвь соединена с четырехдиодным выпрямительным мостом.

Одна или более частей устройства 1 могут быть монолитно интегрированы на одной или более частях полупроводящего материала или другого типа материала, различное число переходов может присутствовать в одном блоке или в разных блоках, и большое количество различных вариантов осуществления и реализации не следует исключать. Одна или более частей устройства 1 могут быть интегрированы с одной или более другими частями устройства 1. Одна или более частей устройства 1 могут содержать один или более паразитных элементов и/или могут быть основаны на наличии этих одного или более паразитных элементов. Напряжение переменного тока может быть равно 110 вольт, 220 вольт, 12 вольт или любому другому типу напряжения переменного тока.

Реальная форма волны и, следовательно, потока цепи светоизлучающих диодов определяется путем выбора цепи светоизлучающих диодов, выбора частоты напряжения формы волны напряжения переменного тока и/или выбора конденсатора и/или резистора, соединенных с этой цепью светоизлучающих диодов. Эти выборы определяют гармоники, генерируемые устройством, и все это, следовательно, должно учитываться при разработке устройства, которое должно быть согласовано с регулировками гармоник электросети.

В устройстве устройство может регулироваться до желаемой степени сдвига фазы, конденсатор может регулироваться до желаемого значения емкости, резистор может регулироваться до желаемого значения сопротивления, а цепь светоизлучающих диодов может регулироваться до желаемого значения схемы светоизлучающих диодов. В способе этап может содержать регулирование управляемого элемента (устройства, конденсатора, резистора, цепи светоизлучающих диодов) устройства для того, чтобы добиться желаемой рабочей точки, во время производства/сборки и/или во время работы.

Таким образом, устройства 1 имеют ветви 20, 30 для получения напряжений переменного тока. Первые ветви 20 содержат первые цепи 21 светоизлучающих диодов и первые устройства для сдвига фазы первых токов, текущих через первые цепи 21 светоизлучающих диодов, относительно напряжений переменного тока. Вторые ветви 30 содержат вторые цепи 31 светоизлучающих диодов и не содержат вторые устройства для сдвига фазы вторых токов, текущих через вторые цепи 31 светоизлучающих диодов, относительно напряжений переменного тока. В результате общий фликер-индекс устройства 1 будет меньше, чем индивидуальные фликер-индексы цепей 21, 31 светоизлучающих диодов. Первые устройства могут содержать конденсаторы 22, соединенные последовательно с первыми цепями 21 светоизлучающих диодов. Ветви 20, 30 могут также содержать резисторы 23, 33, соединенные последовательно, или формирующие часть цепей 21, 31 светоизлучающих диодов. Цепи 21, 31 светоизлучающих диодов генерируют свет в ответ на положительные и отрицательные половины напряжений переменного тока.

При том что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрации и описание предполагаются иллюстрирующими или приведенными в качестве примеров, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Например, возможно применение изобретения в варианте осуществления, в котором различные части различных вариантов осуществления совмещены в новый вариант осуществления.

Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при использовании изобретения, описанного в формуле изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает других элементов или этапов, а неопределенные артикли «a» или «an» не исключают множественного числа. Тот факт, что определенные характеристики перечислены в различных взаимно зависимых пунктах, еще не указывает на то, что сочетание этих характеристик не может быть использовано для получения преимущества. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающие объем изобретения.